基于红外传感器的智能循迹与避障小车的设计.doc

基于红外传感器的智能循迹与避障小车的设计
摘要红外传感器通过向外界发射红外线及接受反射回来的红外线的情况,将其传递给已写入相关程序的单片机智能小车,控制其轮胎的电机,从而控制小车的行驶状态,进而实现智能小车的避障及循迹功能。
关键词智能小车;红外传感器;循迹;避障
中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2017)183-0091-02
随着现代科技的发展,计算机领域的快速变革,使得越来越多的高科技产品面向世界,改善了人类的生活。其中,单片机与传感器领域的研究在我国也取得了重大突破,一些多功能机器人陆续被研发,用以解决科技、工程、实验等领域中人类很难或无法完成的某些工作,效果较为显著。
为了研制出可以实现多功能的智能机器人,首先要在上面实现一些机器人所需具备的基本功能。其中,循迹与避障功能较为普遍,也是智能机器人被称之为“智能”的先决条件。为实现上述两种功能,需要借助文章开头提到的两种器件,“单片机与传感器”。单片机和传感器的种类有很多,本文中采用
STC89C52RC单片机以及红外传感器完成智能小车的设计[1]。
1 设计思想及基本原理
基本思想
本设计中的智能小车,通过分别安装在单片机主板上表面和下表面的两对红外传感器,来实现对外界信息的感知,并将所感知的外界信息转换为小车的控制信号,从而实现小车的智能化,即实现循迹与避障功能[2]。
红外避障原理
小车主板上表面左右前脚各安装一个红外传感器,小车正常行驶途中,前方无障碍物,则左右两个传感器返回给单片机的信号为高电平。若小车在行驶途中,一侧的传感器传递给单片机的信号为低电平,则表明这一侧传感器的前方存在某种障碍物。此时就需要根据烧写入单片机的程序来控制小车的运动,使其避开前方的障碍物,继续行驶。反复执行上述操,就实现了避障功能。
红外循迹原理
小车主板下面对称安装两个红外传感器,两者之间的距离较避障模块的两个传感器位置要近,通过发射和接受红外线将光信号转变为电信号,从而控制小车运动。

由于在红外线在黑色与白色反射面上反射回的光强度差别很大,黑色面吸收红外光较强而反射光较弱,所以单片机接收的信号为低电平。白色面反射光较强,单片机接收信号为高电平。正常行驶在光滑地面上,两侧均为高电平。通过相应的程序控制小车沿着白色地面上的一条黑色轨迹线运动,实现循迹功能。且以上情况建立在黑线宽度小于两传感器间距的假设下[3]。
2 硬件设计
本设计中的红外传感器具有发射红外光和接受红外光的功能,其主要结构包含一对红外光发射装置〔Q1,Q2〕,以及一对红外光接收装置〔Q3,Q4〕,具体电路连接图如图1所示。
图中一对IR LED发光二极管作为红外发射器,向外界发射红外光。图中一对IR DETECT为红外接受器,用来接受从外界反射回来的红外光。按照电路图完成连接,通过P1_3与P3_6施加信号来控制红外发射器的发射,通过P1_2与P3_5向单片机传输红外接收器所接收的信号,图中电阻R1-R4是负载电阻,通过改变其阻值大小用以调节红外传感器的灵敏度,使小车两侧传感器的作用距离相对应。

循迹与避障功能虽然都是利用红外传感器来实现的,但是却是两对安装在不同位置的传感器,用以实现不同的功能。小车主板