感應式循跡小車的設計與實現

摘要：傳統的循跡小車采用光電傳感器作路面軌道檢測，其工作可靠性受環境光線的影響很大，實際運行中經常要根據環境光線的變化時傳感器的靈敏度進行調整。提出一種感應式循跡小車的設計方法。用金屬鋁箔膠帶代替黑色軌道線，在小車上設置多只金屬感應傳感器，基于感應的方法來檢測鋁箔膠帶路線的位置，把檢測的結果送單片機處理，再由單片機輸出相應控制信號驅動小車運行。所提出的方法能夠完全消除環境光線對循跡小車的干擾，提高小車運行的可靠性。樣品小車的測試結果表明，基于新方法設計的小車運行平穩，在長時間工作中沒有出現脫軌現象，小車的整體性能良好。
關鍵詞：循跡小車；金屬感應傳感器；單片機；循跡控制

循跡小車是目前較為普遍的一項智能小車制作競賽，該制作要求小車能尋著一條黑色軌跡前進直到終點，用達到終點的時間決定競賽成績。到達終點的時間越短，成績越好。在整個設計過程中，循跡小車的尋跡電路是循跡小車的一個關鍵部件，傳統的設計采用光電傳感器作為尋跡器件。然而，光電傳感器對環境的光線變化比較敏感，不適合在露天環境和光照比較強的地方開展活動。通過反復試驗和嘗試，作者
提出把金屬感應傳感器用于循跡小車替代光電尋跡電路，用帶不干膠的金屬鋁箔膠帶貼在地面替代黑色軌跡線條，循跡小車尋著鋁箔膠帶軌道前進，無需光線介入，大大增加了尋跡小車活動的環境適應性。

1 硬件及電路
感應式循跡小車是由單片機控制系統、尋跡電路、電動機驅動電路等幾部分組成。
1．1 金屬感應傳感器電路
金屬感應傳感器電路在小車中實現金屬鋁箔路軌的感應尋跡功能，該電路是用金屬探測電路改進得到的，電路如圖1所示。圖中，電感線圈L、電容C1、C2、C3，三極管VT1等組成了一個典型的電容三點式振蕩電路，振蕩電路產生的正弦波信號經VT2放大后，由VD1、VD2、C6等進行倍壓整流、濾波，使三極管VT3的基極獲得了一定幅度的基極電壓而導通，其集電極輸出低電平，后級NE555電路構成的施密特觸發電路
因其2腳電平小于1／3VCC，其輸出端3腳輸出1電平。若把電感線圈L靠近金屬物體，線圈的變化磁場會在金屬物體內感應出渦流而產生鐵損，線圈的Q質下降，電路振蕩減弱直至停止振蕩。作用在VT3基極上的電壓消失，三極管VT3由導通變為截止，其集電極輸出高電平，該電平使后級NE555的6腳電平大于2／3VCC，其輸出端3腳的電平由1跳變為0，把這個信號送給單片機I／O端口，單片機就可以通過檢測該端口的信號變化，了解循跡小車的運行狀態，給出相應的控制指令。在該電路中，調整可調電阻RP的電阻大小可改變電路的正反饋幅度，使振蕩電路剛好處于振蕩的臨界點上，可調節傳感器感應到金屬物體的靈敏度。通過精確調節RP，可使相應金屬感應傳感器的靈敏度達到10mm以上。

1．2 單片機控制電路
整個循跡小車的設計采用51單片機構建控制系統，電路圖如圖2所示，該電路由電源電路、ISP下載接口、電動機驅動電路接口、AT89S 51單片機等幾部分組成。把單片機的P3．4，P3. 5，P3．6端口作為傳感器的輸入端口，從金屬感應傳感器電路原理分析中可以看出，當傳感器靠近金屬物體時，傳感器輸出為低電平，無金屬物體時，輸出為高電平，P3．7口直接接地，方便以后尋跡程序的編寫。