基于红外光电传感器的智能寻迹小车设计

　　智能汽车又称为轮式机器人，目前多用在科学探索、工业生产等场合，它是集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的智能化交通工具，是车辆工程、传感技术、人工智能、自动控制与通信导航等多个学科领域理论技术的交叉与综合，是未来汽车发展的方向。寻迹小车可以看做是缩小化的智能汽车，它的基本功能是自动识别白色场地中的任意黑色带状引导线并快速平稳地跟踪行驶。目前寻迹小车多使用CCD图像传感器路径识别方案，其优点是控制精细，前瞻距离远，缺点是成本较高且处理算法复杂。而红外反射式光电传感器具有控制简单、数据处理方便、成本低、安装灵活方便且不易受可见光的干扰等特点，且完全可以满足系统需求。本文所述的智能寻迹小车设计思路是由安装在智能车前端的红外光电传感器检测黑色引导线信息，并将检测到的路径信息送往智能小车的控制器，控制器智能分析外部环境，判断车身与引导线的相对位置，如有偏离则根据算法控制转向舵机进行方向调整，且处理器通过速度检测模块实时获取小车车速信息并给予驱动电机反馈信号使小车可以快速平稳地跟踪引导线行驶。本文主要从硬件电路方面对智能小车的设计方案进行分析，并简单介绍下部分模块的控制框图及软件流程图。

　　1 系统设计

　　智能车系统以单片机作为处理核心，整个系统由路径识别模块、电机驱动模块、舵机驱动模块、车速检测模块、液晶显示模块与电源模块组成，如图1所示。

　　其中，路径识别模块用来获取前方路况信息，以供单片机进行处理分析;电机驱动模块是智能车的动力来源;舵机驱动模块负责智能车的转向控制;车速检测模块与液晶显示模块分别用来检测与显示当前车速;电源模块负责给系统各个模块提供所需要的电压。

　　2 模块设计

　　2.1 控制器模块

　　系统采用飞思卡尔公司的MC9S12DG128B作为智能小车系统的微处理器，MC9S12DG128B单片机使用16位HCS12内核，拥有丰富的片内资源，具有128 KB Flash、8 KB RAM、2 KB EEPROM，核心运算频率50 MHz，总线频率可达32 MHz。MC9S12DG128B有16路A/D转换，精度最高可设置为10位;有8路8位PWM并可两两级联为16位精度PWM，特别适合用于控制多电机系统，它还具有丰富的I/O接口，支持断点功能和背景调试模式，完全能够满足本设计的需要。

　　2.2 路径识别模块

　　单片机通过路径识别模块对路径信息进行采集，以实现小车寻迹的功能。系统选用RPR220型红外反射式光电传感器设计了路径识别模块。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，接收器是一个高灵敏度硅平面光电三极管。红外发射管发出的红外光在遇到反光性较强的物体(表面为白色或近白色)后被折回，并被光电三极管接收到，引起光电三极管光生电流的增大，将这个变化转为电压信号，就可以被处理器接收并处理，进而实现反光性差别较大的两种颜色(如黑自两色)的识别。