基于单片机的自动循迹小车控制系统的设计分析

李颖 天津职业技术师范大学

与人力生产方式相比，利用智能化机械完成各种生产任务能够呈现出更高的生产效率，同时降低失误率，成为现代社会生产方式发展的一种必然趋势。将单片机应用于自动循迹小车的控制系统设计当中，具有更好的控制效果，值得广大科研人员对其设计方式做出更为深入的研究。

1 自动循迹小车概述

自动循迹小车属于一种无人驾驶的智能化搬运机器人，依据系统所下达的指令，结合预设程序使小车沿着设定路线自动行驶，继而完成各种作业。随着现代科技的发展，自动循迹小车已然广泛应用于快递分拣、烟草自动仓储、机械加工以及汽车制造等多个领域，具有非常良好的适应性和可靠性，成为现代物流系统中的一种重要设备。

2 单片机自动循迹小车控制系统设计思路

2.1 系统总体设计

针对小车的控制系统，主要利用模块化的设计方式，其主要构成如图一所示，实现对小车轨迹的检测、路线跟随等设计目标。

图一 控制系统框架

2.2 系统硬件设计

在智能小车中配置红外线传感器，用于对信号的检测，随后由AT89C52 单片机针对信号进行处理，利用单片机中的定时器T0 改变占空比实现对直流电机转速的控制。最后，利用驱动芯片L298N对电机进行驱动，继而实现自动循迹效果。

2.2.1 电源

这一模块主要起到对小车整体供给稳定电源的作用，我们主要应用三端稳压器，供给5V 与9V 两组电源，前者负责对数字电路部分的供电，而后者为电机供电。

2.2.2 电机驱动

小车设计为四轮结构，左侧和右侧各两个车轮，分别利用两个9V 直流电机进行控制，通过单片机I/O 口控制车轮电机转速，继而实现对小车左右轮的控制。驱动电路的选用，通常采取H 桥式驱动电路，本系统选择L298N 作为电机的驱动芯片，利用单片机为其提供PWM 信号实现小车的控制。在L298N 芯片的内部对H 桥式驱动电路进行集成，不仅有效提升操作便利性，还能提供更大的驱动力，只利用一片L298N 便能实现对两个直流电机的带动。对于L298N中的使能端，可通过单片机实现软件控制，或者外接高低电平。此系统中主要采取外接高电平Vcc 的方案。利用L298N 所配置的四个信号输入端口实现对单片机输出信号的接收，在两个电源的连接端口位置分别配置不同电压，以输出端口对车轮电机转速进行控制，其余端口均作接地处理。除此之外，由于电机属于电感性负载，在停机或者换向的情况下会形成较高的反向感应电动势，倘若未形成有效释放便会使控制芯片中的电路遭到击穿。所以，在驱动芯片与电机间配置稳压二极管，出现感应电动势之后，通过二极管导通实现对电能量的释放，从而起到对电路整体的保护效果，还能起到一定电压稳定效果。

2.2.3 红外检测

循迹传感器主要利用红外光电传感器TCRT5000，其循迹路径呈现为黑色的轨迹线。其作用原理为：在各种颜色物体表面，红外光所反射的实际情况不同，以此来判定小车能否行驶于预设轨迹之上。配置三个红外光电传感器，分别设置于小车左侧、中间以及右侧三个位置。而黑线检测原理为：红外发射管产生的光线照射在路面上，红外光在遇到黑线的时候会被吸收，这时接收管便不会接收到反射光，继而输出高电平；倘若遇到白色路面，则会被反射回来，接收管便会接收反射光，继而输出低电平。如此一来，利用电路使信号变化转变为高低电压变化，在经过电压比较器的处理之后传输至单片机。如果小车出现路线偏移，则可利用对车轮电机转速的控制对路线进行校正，继而实现循迹。

2.3 系统软件设计

针对小车的软件控制系统，主要利用C 语言实现编写。系统主要通过PWM 信号实现对小车速度与转向的控制，先要对系统做出必要的初始化处理，包括对CPU 与外围芯片、内部中断、定时器以及所应用变量等内容的初始化。随后，开展循迹任务的检测，单片机通过所接收到的信号，以内部程序为依托融合单片机所输出PWM信号形成对路径情况的判断和处理，并将其结果利用单片机I/O 口传送至电机的驱动模块，从而实现对车轮电机转速的控制，以完成对小车实际运行状态的纠正，形成自动循迹效果。

结束语

总而言之，以单片机为基础的自动循迹小车控制系统设计，能够呈现出非常优质的控制效果，在很大程度上提高小车的应用性能，促进其应用范围的进一步推广。作为一名科研人员，应该在日常工作实践中积极探索，对国外一些先进的设计理念与技术加以借鉴，继而与我国智能机械生产与应用的实际情况相结合，创建出一套更加符合我国国情的自动循迹小车系统研发体系，在实现自我价值的同时，为国家经济发展注入源源不断的活力。