感应式循迹小车的设计与实现

　　循迹小车是目前较为普遍的一项智能小车制作竞赛，该制作要求小车能寻着一条黑色轨迹前进直到终点，用达到终点的时间决定竞赛成绩。到达终点的时间越短，成绩越好。在整个设计过程中，循迹小车的寻迹电路是循迹小车的一个关键部件，传统的设计采用光电传感器作为寻迹器件。然而，光电传感器对环境的光线变化比较敏感，不适合在露天环境和光照比较强的地方开展活动。通过反复试验和尝试，作者提出把金属感应传感器用于循迹小车替代光电寻迹电路，用带不干胶的金属铝箔胶带贴在地面替代黑色轨迹线条，循迹小车寻着铝箔胶带轨道前进，无需光线介入，大大增加了寻迹小车活动的环境适应性。

　　1 硬件及电路

　　感应式循迹小车是由单片机控制系统、寻迹电路、电动机驱动电路等几部分组成。

　　1.1 金属感应传感器电路

　　金属感应传感器电路在小车中实现金属铝箔路轨的感应寻迹功能，该电路是用金属探测电路改进得到的，电路如图1所示。图中，电感线圈L、电容C1、C2、C3，三极管VT1等组成了一个典型的电容三点式振荡电路，振荡电路产生的正弦波信号经VT2放大后，由VD1、VD2、C6等进行倍压整流、滤波，使三极管VT3的基极获得了一定幅度的基极电压而导通，其集电极输出低电平，后级NE555电路构成的施密特触发电路因其2脚电平小于1/3VCC，其输出端3脚输出1电平。若把电感线圈L靠近金属物体，线圈的变化磁场会在金属物体内感应出涡流而产生铁损，线圈的Q质下降，电路振荡减弱直至停止振荡。作用在VT3基极上的电压消失，三极管VT3由导通变为截止，其集电极输出高电平，该电平使后级NE555的6脚电平大于2/3VCC，其输出端3脚的电平由1跳变为0，把这个信号送给单片机I/O端口，单片机就可以通过检测该端口的信号变化，了解循迹小车的运行状态，给出相应的控制指令。在该电路中，调整可调电阻RP的电阻大小可改变电路的正反馈幅度，使振荡电路刚好处于振荡的临界点上，可调节传感器感应到金属物体的灵敏度。通过精确调节RP，可使相应金属感应传感器的灵敏度达到10mm以上。

　　1.2 单片机控制电路

　　整个循迹小车的设计采用51单片机构建控制系统，电路图如图2所示，该电路由电源电路、ISP下载接口、电动机驱动电路接口、AT89S 51单片机等几部分组成。把单片机的P3.4，P3. 5，P3.6端口作为传感器的输入端口，从金属感应传感器电路原理分析中可以看出，当传感器靠近金属物体时，传感器输出为低电平，无金属物体时，输出为高电平，P3.7口直接接地，方便以后寻迹程序的编写。