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基于模拟电路与数字电路设计的寻迹小车

莫家乐

2019-6-5 16:51:25 2900

` 本帖最后由乐乐leles 于 2019-6-5 19:38 编辑

基于模拟电路和数字电路设计的寻迹小车

一、主要功能说明

本设计主要由传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成，小车具有自主循迹的功能。该寻迹小车的功能是沿着地上的黑线行走，从起点出发，沿着赛道设定的黑线到达指定终点。通过红外传感器自动识别黑线轨迹，实现自动转弯，对于一些岔路口也能够有效的避开。

二、 方案设计及描述

1、使用模块

我们小组设计的该小车是从起点出发，沿着外围黑线走到终点。该小车除了车架和轮子，使用了两个马达、三个传感器、一个与门、一个或门、一个非门、一个H桥芯片（L298N）、导线若干，三个传感器固定为直线形，通过传感器感应到黑线与白线的情况使其前进、左转、右转，实现其在路线上的顺利行走到达终点。

2、传感器的原理

小车所搭载的红外光电管有两种，一种是无色透明的LED，此为发射管，它通电后能够产生人眼不可见红外光，另一部分为黑色的接收部分，它内部的电阻会随着接收到红外光的多少而变化。由于黑色吸光，当红外发射管照射在黑色物体上时反射回来的光就较少，接收管接收到的红外光就较少，表现为电阻大，通过外接电路就可以读出检测的状态；同理，当照射在白色表面时发射的红外线就比较多，表现为接收管的电阻较小，此时通过外接电路就可以读出另外一种状态，如用电平的高低来描述上面两种现象就会出现高低电平之分，也就是会出现所谓的0和1两种状态。从而判断黑白路线，实现循迹的功能。

3、设计的思路

跑道

卡诺图中电机正转为1，反转为0。在该小车的电路设计中，我们采用一轮正转一轮反转的方式实现小车转弯。

通过对赛道地图的模拟，利用三个红外传感器，推测出2^3=8种可能出现的情况，并对这8种情况进行数据处理。其中，检测到黑线则为高电平1，反之为0。然后让每种情况对应一种电机的驱动情况。例如，检测到010，则为中间传感器检测到黑线，两侧传感器检测到白线，此时即同时驱动两个轮让小车直行，所以此时两个电机都设置为高电平1驱动。

在岔路口3，红外模块会采集到101 所以我们让小车右转;而在岔路口4，如果采用检测到111就让小车左转的话，接下来小车会检测到011继而右转，然后又会检测到110左转，小车陷入“卡死”状态，所以我们把111状态设置为让小车直走，在冲出赛道的临界点之后的瞬间，小车会检测到000，我们让小车左转。

4、设计的真值表

左轮L：

右轮R：

6、最简式逻辑表达式：

三、测试结果分析

小车能够正常得完成循迹，并且循迹时条件判断的准确度相当高，从而能够很好地完成赛道，在面对各种分岔路口的选择时，我们小组的小车也能够进行准确的判断。

四、 总结与体会

刚开始的时候，在调试阶段，遇到红外传感器的检测出现了问题的情况，概括来说就是在空中用黑白物体遮挡进行模拟的时候，传感器检测正常，但在实际的赛道中行走的时候会出现检测异常的现象，我们小组通过进行传感器电位器的调节后仍无法解决问题时，我们分析了出现问题的几种情况，最终决定由四个传感器更换成三个传感器进行电路的设计，之后小车正常循迹。刚开始我们小组采用的是四个红外传感器，但是因为需要2^4 =16种情况，所以在一些情况的方向判断上容易出现误判断，导致我们在赛道进行调试时出现了小车不能正常循迹的现象，在经过小组内部的讨论后，我们改用成三个传感器来检测，最终成功完成了循迹。在这个比赛备战的过程中，我们小组两个成员，经过了多次的交流讨论，制定了多种方案，并不断进行模拟、测试。在这个过程中，收获了很多，明白了方案设计的合理性，团队的重要性，队员交流沟通的必要性。

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