智能小车的设计及制作

摘 要 本文分析了智能小车总体设计，我们结合智能小车的硬件系统的设计与功能实现，重点介绍了微控制器電路的设计与原理、主线路板制作、避障电路的原理与设计、电机驱动电路的原理与设计、循迹电路的原理与设计等内容。

【关键词】智能小车 设计 制作

随着科学技术越来越发达，机器人的制造水平也有了明显的提升，越来越多的机器人被人们研制出来。近年来，在全球范围内掀起了一项新的高科技的活动——机器人比赛，虽然机器人比赛兴起的时间并不长，但基于机器人本身兼具高科技性和娱乐性，以及比赛机制的竞争性，吸引了众多科技爱好者的研究学者的喜爱和关注。机器人小车子系统，是整个系统构建当中的核心内容，是整个系统的执行机构，对于系统的运行高以及性能的好坏，具有十分重要的意义。基于小车子系统的特殊性，本文在单片机红外可控技术的基础上，结合自动智能车的相关设计理念，立足于比赛的需求，针对遥控技术和自动技术进行开发研究，并得以实现，基于该项技术，用户的二次开发活动也能够顺利进行，进而帮助用户实现比赛时所需要的各项特殊功能。本设计通过采用HCS12单片机为控制核心，实现对小车的智能控制。

1 智能小车总体设计分析

1.1 设计的具体要求

在本次竞赛活动中，对于小车的设计提出以下要求：小车设计需具备自动行进功能，即小车要能够在直跑道上高速运行，且具有明显的稳定性。在比赛设计中，跑道的设计主要采用两种颜色进行设计，确保跑到设计简单明了。通常，都会选择对比度鲜明的黑白两色，将白色运用在跑道背景的设置上，整个跑道为白色，然后将跑道的中央线，采用黑色进行涂染，而黑线就是小车在跑道上行驶的依据。显然，小车的行驶，必须要能够沿着跑道的黑色线进行，这是小车比赛行驶过程中的基本要求。而小车的设计，则要在满足该需求的基础上，确保小车的行驶速度得以稳步提升。

1.2 传感器部分

在针对传感器进行选择时，主要以光电传感器来进行设计，利用观点传感器，帮助智能小车对行驶路面的信息，进行采集工作。此外，红外传感器的使用也比较多，其最大的优势在于，红外传感器具有简明的结构，使用起来非常方便，并且其成本很低。在采用红外传感器时，几乎都不需要进行图像处理工作，且响应时间很低，反应效果非常灵敏，对于近距离的路面情况，能够起到有效、快捷的检测作用。然而不足之处在于，在路面信息的获取方面，红外传感器并不能够将路面的全部信息，都予以获取，除了进行跑道黑白色的判别之外，还能够进行距离的检测，但即使是距离检测方面，也存在缺陷，其可以检测的距离是比较有限的。另外，红外传感器抗干扰性较差，易受多方面因素干扰影响，包括不同的背景光源对红外传感器造成的干扰、器件的不同以及传感器位置的高低的不同，都会对红外传感器的工作性能产生干扰。

1.3 控制算法部分

方向和速度的控制是小车行驶过程中的主要目标，通常情况下，小车的方向控制有舵机来予以实现，而小车的速度控制则由电机来进行控制。可见，小车的舵机控制设计以及电机控制设计，是小车设计当中的核心内容，是操作设计软件的关键部分。舵机和电机控制的设计直接关系着小车的性能能够实现最优，具有决定性的作用。舵机的控制，主要是度小车行驶中的方向进行控制，即无论小车处于何种行驶状况，都能够在合适的范围内，为小车提供一个偏移量。因此根据比赛规则中确定的赛道模型及其他相关参数，经过多次试验调整，获得最优的P、I、D参数。

2 硬件系统的设计与功能实现

2.1 微控制器电路的设计与原理

微控制器电路，是小车系统设计智能化的关键部分，处于核心控制地位。微控制器电路的主要对象包括两类，一类是传感器，包括小车设计的所有传感器，另一类的硬件电路，主要针对小车设计中的部分硬件电路。为控制电路的主要工作内容包括：采集小车各路传感器的信号，并对采集到的信号进行处理和分析；调整小车的部分硬件电路。本设计以MsP430F单片机控制电路作为整个智能救援小车系统的控制电路，通过各种传感器采集信息，同时发布操作控制信号命令。

2.2 主线路板制作

在本设计当中，小车主线路板的设计制作，主要设计为双面线路板。双面线路板的设计和使用，具有非常直观的有点，首先，双线路板的设计，在线路的设计方面，难度较低，布线实施起来非常方便，还能确保后期扩展，同时散热性能好，进一步增强电路板的可靠性。而不足之处是双面线路板制作操作需完成。

2.3 避障电路的原理与设计

针对光线反射情况的不同，作出不同的电平输出反应：若果反射回来光线，电平的输出则为低；如果不存在反射回来的光线，电平的输出则为高。而输出的电平的高低可以通过接收头，反映给单片机，单片机则根据接受的具体情况，作出具体反映，确保小车能够准确判断路面情况，绕过障碍物保持前行。

2.4 电机驱动电路的原理与设计

本设计中采用的电机专用驱动芯片L298.1298可直接对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I，0输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，操作非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照上表。用程序输入对应的码值，即可以实现对应的操作。

2.5 循迹电路的原理和设计

在小车设计过程中，进行循迹电路设计，其目的是为了实现小车的弧形行驶。因为，在小车行驶轨道的设计中，有BC黑色弧形引导轨迹。进行循迹电路设计，能够实现小车在行使过程中，对前行的方向予以确保，对行驶的位置进行校正，确保小车在行驶过程中不会发生轨迹的偏离现象。

3 结语

需要注意的是，智能小车设计中有两个驱动电机，左转的驱动电机，其控制量主要以线性状态，呈递减趋势，而右转的驱动电机，其控制量则与左转的完全相反，是以线性的状态，呈递增的趋势。呈线性变化的驱动电机控制量的设计，具有非常显著的优点：它能够确保电机控制量呈现平稳变化的状态，变化的平稳性能够让小车在进行转弯过程时，控制量无论是增加抑或是减少，都能够均匀进行，进而确保小车在转弯的过程中，也能够实现平稳行驶，防止停顿现象的发生。

参考文献

[1]聂茹.基于单片机的WIFI智能小车系统[J].微型电脑应用，2016（10）：77-79.

[2]谢檬， 郭霞.智能小车控制系统设计[J].传感器与微系统，2016（12）：110-112.

作者单位

福州大学至诚学院 福建省福州市 350002