自动循迹智能小车的设计

安

摘

岩

（东南大学仪器科学与技术学院，江苏南京210096）

要：用凌阳科技16位单片机SPCE061A作为小车的控制核心，用红外传感器TCRT5000来检测道路上的

黑线，从而把得到的信号送单片机，使单片机控制小车按预定的速度行驶，并通过语音把运动方式播报出来。关键词:电动智能车；SPCE061A；红外传感器中图分类号：TP212.6

文献标识码：A

文章编号：1672-0679（2010）01-0072-04

智能小车的研究涉及到控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科。开展自主循迹智能小车的研究工作，对促进控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。文章设计的智能电动小车能够自动循迹并同时语音播报。

1

1.1

玩具车说明

车体结构

小车为四轮结构，车的结构示意图如

图1所示。其中前面两个车轮由前轮电机控制，在连杆和支点作用下控制前轮左右摆动，来调节小车的前进方向。在自然状态下，前轮在弹簧作用下保持中间位置。后面两个车轮由后轮电机驱动，为整个小车提供动力，所以又称前面的轮子为方向轮，后面的两个轮子为驱动轮，如图2所示。

图1

车体侧视图

图2

车体俯视图

1.2硬件部分

1.2.1控制板（61板下方）

控制板负责将来自61板的控制信号

转化为能够驱动电动机的信号。

1.2.261板

61板是小车的核心部分，它负责整个小车控制信号的产生。61板的核心是16位单片机SPCE061A，封装形式为PLCC84。

（1）电源接口。图3中J10是电源接口，语音控制板的内核SPCE061A电压要求为3.3V，而I/O端口的电压可以选择

图3

电源电路原理图

3.3V或5V。所以，在板子上具有两种工作电压：5V和3.3V。电源部分电路原理图如图3所示，这两种电平的选择通过跳线J5来选择。

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[收稿日期]2009-11-09[作者简介]安

岩（1985-），男，北京房山人，硕士研究生。

第1期安岩：自动循迹智能小车的设计

73（2）系统结构框图。61板和控制板高度集成。在电机的驱动方面，采用全桥驱动技术，利用4个I/O端口分为两组分别实现两个电机的正传、反转和停三态运行。系统的结构框图如图4。

2循迹模块的设计

路径识别总体分为三类:红外发射/接收管检测方式、

CCD/CMOS摄像头检测方式、红外和摄像头混合方式。综合分析,本设计检测系统主要通过光电检测实现，即利用光

电传感器对电动车的位置、行车状态进行测量。

2.1利用光电传感器实现循迹的基本原理

这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常

采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。

2.22.3

循迹模块的硬件设计循迹模块的软件设计

图5路面检测系统电路图

路面检测系统电路如图5所示，该电路两套分别连接IOA0和IOA1。

用一个字节来代表车底2个光电传感器的状态信息，那么每一个位就代表当前传感器的检测状态。现把小车直线行进时分成3种状态，当两个传感器都检测到黑线时，小车在跑道的正上方，这时控制电机全速运行。当检测到有一个传感器偏出黑线时，小车处于微偏状态，这时控制方向电机进行转向控制。当检测到两个传感器都偏出时，小车处于较大的偏离状态，已经不能实现循迹，这时要求小车停止或者后退。

3

3.1

驱动电路和转向电路

动力电机驱动电路

动力驱动由后轮驱动实现，负责小车的直线方向

运动，包括前进和后退，后轮驱动电路是一个全桥驱动电路，如图6所示：Q1、Q2、Q3、Q4四个三极管组成四个桥臂，Q1和Q4组成一组，Q2和Q3组成一组，Q5控制Q2、Q3的导通与关断，Q6控制Q1和Q4的导通与关断，而Q5、Q6由IOB7和IOB6控制。

后轮驱动

3.2方向电机控制电路

方向控制由前轮驱动实现，包括左转和右转，前轮

图6

后轮电机驱动电路

驱动电路也是一个全桥驱动电路，如图7所示：Q7、

Q8、Q9、Q10四个三极管组成四个桥臂，Q7和Q10组成一组，Q8和Q9组成一组，Q11控制Q8、Q9的导通与

关断，Q12控制Q7和Q10的导通与关断，而Q11、Q12由IOB5和IOB4控制。注意：IOB5和IOB4不能同时置高电平，这样会造成前轮驱动全桥短路现象。

74苏州科技学院学报（工程技术版）2010

结合以上电路，得到小车的运行状态与输入高低电平的对照表（表1和表2）。

4软件设计

在有了前进、后退以及停车等控制指令的前提下，考虑环境的干扰因素，小车运行时的环境影响和有效

距离的限制，小车运行后可能接收不到循迹模块的信号指令而一直运行。为了防止出现这种情况，加入了时间控制，在启动小车运行的同时启动定时器，定时器时间到停止小车的运行，该定时器借助于2Hz时基中断完成，可以在程序中修改uiTimeset参数来控制运行时间，当uiTimeset=2时，运行时间为1s。中断服务流程如图8所示。

2Hz

N

Y

前轮方向驱动

图7前轮电机转向电路

表1

图8

禁止的高低电平输入状态列表

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中断服务流程图

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表2

󰀒󰀅󰀒󰀅󰀑󰀅󰀒󰀅󰀑󰀅󰀒󰀅󰀒󰀅

高低电平输入与小车运动状态对照表

󰀁󰀂󰀃󰀈󰀅󰀒󰀅󰀒󰀅󰀒󰀅󰀑󰀅󰀒󰀅󰀑󰀅󰀒󰀅

󰀉󰀊󰀋󰀌󰀅󰀓󰀔󰀅󰀗󰀔󰀅󰀓󰀔󰀅󰀓󰀔󰀅󰀗󰀔󰀅󰀗󰀔󰀅󰀕󰀔󰀅

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󰀁󰀂󰀃󰀇󰀅

5结语

课题对自动循迹智能小车进行研究，完成了智能车硬件的设计与软硬件调试工作。期间，进行了许多实

践和探索性的研究，体现了电子化、小型化、数字化，人性化，和高度的智能化。参考文献:

[1]凌阳科技大学.凌阳单片机在电子竞赛中的应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.[2]卢胜利.基于凌阳SPCE061A设计实验平台的专业综合设计教程[M].北京：机械工业出版社，2007.[3]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.[4]余发山.单片机原理及应用技术[M].北京：中国矿业大学出版社，2003.

第1期安岩：自动循迹智能小车的设计

75DesignofIntelligentVehiclewithAutomaticOrbiting

ANYan

（SchoolofInstrumentalScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China）

Abstract:TheSunplus16-bitsingle-chipcarSPCE061Acontrolwasusedasthecontrolcore,theinfraredsen-sorsTCRT5000wasusedtodetecttheblacklineontheroad,sothatthereceivedsignalwasfedbackintothesingle-chip,andthesingle-chipmicrocomputercontrolledthespeedofthecartravelingasscheduled,finallythewaysofmovementwasbroadcastthroughavoice.

Keywords:intelligentelectricvehicle;SPCE061A;infraredsensor

（责任编辑：卢文君）

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第71页）

4结语

文章针对在获得GPS数WR据时需要采集和传输的数据量较大，对单片机系统外部数据存储量和数据

的读/写速度要求较高，通过对单片机的存储量的扩展以及采用并行数据传输的方法，从而解决了GPS数据传输对于数据存储量和读/写速度的要求。该系统只是以扩展96K外部数据存储器为例，当需要更大的数据存储时，在此系统的基础上仍可进行改进，从而实现了系统的可升级。参考文献：

[1]曹琳琳.单片机原理及接口技术[M].湖南：国防科技大学出版社，2000.[2]何立民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[3]杨金岩.8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2005.[4]李珩.AltiumDesigner6电路设计实例与技巧[M].北京：国防工业出版社，2008.

TheStudyonGPSDataTransmissionBasedonMCUExpansionRAM

XUJi-ke1，ZHANGYong-biao2

（1.SchoolofInstrumentalScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China；2.ChinaNorth

IndustriesOroupCorporationInnerMongoliaFirstMachineryGroupcorporationInstituteofMeasurementDetec-tion,Baotou014032,China）

Abstract:Microcomputerapplicationsystemmemoryaddressrangedependsonthenumberofbitsofitsaddresslines.Insomesystemswhichrequireextensivedatastorageandtransmission,suchasGPSdataacquisitionsys-temsandsignalprocessingsystems,theMCUaddressbuswillbeappliedtothelimit.Therefore,inordertocol-lectGPSdata,itisnecessarytoextendthesystemdatastorageresources.Basedonthe8051microcontrollerinMCS-51seriesproducedbyIntel,thearticleextendstheouterdatamemory,andcompletestheGPSdatacollec-tionandtransmissionusingtheexpansion.

Keywords:GPS;MCU;datamemory;extension

（责任编辑：卢文君）