智能小车设计报告+寻光+黑带循迹+铁片检测+搬运铁片+红外检测

2009广东工业大学第二届电子设计大赛设计报告 注：转载本文内容需注明出处！否则后果自负！

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竞赛题目：智能搬运小车

参赛编号:X1-003

学生姓名：

学院班级：

智能搬运小车 一．前言

随着生产自动化的发展，智能小车已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉传感器的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，但其价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近传感器是一种实用有效的方法。

智能搬运小车要实现自动寻迹功能、趋光行驶功能和金属探测功能就必须要检测黑带、感知光源和识别金属物，传感器相当给机器人一个视觉功能。故对机器人的研究已成为必要。智能循迹是基于红外传感器实现小车寻找黑线，利用光敏电阻在不同强度光照下电阻分压的不同实现趋光行驶，利用接近开关探测金属物并用电磁铁将金属捡起，并可实现声光提示。 注：转载本文内容需注明出处！否则后果自负！ 本文内容来自http://liuyuananfang.blog.163.com

二．硬件设计

1.小车控制单元的选择

方案一：采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对光源检测信号，黑带检测信号，铁片检测信号。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。

方案二：采用STC89C52单片机来作为整机的控制单元。铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-4-Z/BX检测，黑带检测采用红外发射二极管和红外接收管对光源信号进行采集，光源检测利用光敏电阻的感光特性对光源信号检测，信号送到单片机系统处理。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能

很好地满足题目的要求。 单片机是整个小车的大脑，是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有运行状态的作用。正确选用单片机作为小车的核心控制单元，本设计的主控芯片选择STC89C52，负责检测传感器的状态并控制电机。如图(1)所示

图(1)

趋光部分利用光敏电阻的感光特性采集光源信息，信号经电压比较器处理后再将信号输入单片机进行处理；铁片检测采用电感式接近开关J12A3-4-Z/BX ，产生的高低电平信号再经电压比较器调整后，完成相应的检测项目；捡铁片是利用电磁铁来完成的；使单片机控制蜂鸣器发声；黑带寻迹依靠安装在车底部三对红外发射二极管和红外接收管来采集地面颜色信息，信号输入单片机进行处理。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现。 2. 小车的选择

本次设计所需小车车体为三轮小车，小车采用两轮驱动，两轮各用一个直流电机执行，前轮为一万向轮。底盘为上等的试验板，以防止小车变型；所有的控制电路以及传感器模块均是由排线连接在一起的，最后再优化固定在小车上。为了能精确测定黑线位置和光源位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设3对红外发射二极管和3个光敏电阻，具体位置如图（2）所示。

图(2)

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2．模块电路设计与比较

1)检测铁片方案选择

方案一：采用电涡流原理自制的传感器，取才方便，但难以调试，输出信号也不可靠，成功率比较低，难以准确输出传感信息。

方案二：采用市面易购的电感式接近开关，本系统采用市面比较通用LJ18A3-4-Z/BX来完成铁片检测的任务。虽然电感式接近开关占的体积大，对本系统是可以接受，且输出信号较可靠，受外界的干扰小；但其输出高电平只有0.7伏，所以应使用电压比较器与一个0.3伏的电压进行比较，产生标准TTL电平信号，0.3伏小电压可以使用普通电阻串联分压获得，稳定性较好。故采用方案二。

2)捡铁片方案选择

方案一：采用机械手臂

此方法可靠性高，但控制要求精度高，价格较高，一般不被采用。 方案二：采用电磁铁

控制简单，使用灵活，能够完成任务。所以此处选用方案。 检测铁片与拾起/放下铁片电路如图（3）所示：

图(3)

当接近开关没有检测到金属物质时，A端将输出0.7伏高电平，经电压比较器LM339调整电压后，向单片机输入标准的TTL高电平。当接近开关检测到金属物质时，A端将输出低电平，输入单片机直接执行外部中断。通过程序，在适当时候向B端输出高低电平信号，从而控制电磁铁的开启与关闭，实现铁片的拾起与放下的功能。 注：转载本文内容需注明出处！否则后果自负！ 本文内容来自http://liuyuananfang.blog.163.com

3)黑带检测方案选择

方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。

方案二：利用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用电压比较器对信号进行调整。本方案也易于实现，比较可靠，因此采用方案二。黑带检测电路图如图（4）所示。

图(4)

输出信号进入LM324进行电压比较，产生标准TTL电平，稳定性能得到提升。当小车底部的某边红外线收发对管遇到黑带时输出电平为低电平，反之为高电平。结合程序控制小车转弯。电路中的可调电阻可调节灵敏度，以满足小车在不同光度的环境光中能够检测黑带。 注：转载本文内容需注明出处！否则后果自负！ 本文内容来自http://liuyuananfang.blog.163.com

LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。其引脚图如下图（5）：

图（5）

4)光源检测电路

方案一：采用光敏二极管的感光特性实现对光源的检测, 二极管响应快，制作环保，但一般灵敏度比光敏电阻低，稳定性差

方案二：利用光敏电阻的高灵敏感光特性，且具有光谱特性及γ值一致性好等特点外，在高温、多湿的恶劣环境下，仍能保持其高度的稳定性和可靠性；在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。再经由三个光敏电阻各自分压而构成两对输出电平信号。本方案也易于实现，比较可靠，因此采用方案二。黑带检测电路图如图（6）所示。

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