基于红外传感器ST188的手动循迹小车设计_兰羽.pdf

第 卷 第 期电子设计项目年 月2132013 2 Vol.21No.3Electronic Design EngineeringFeb. 2013基于红外传感器ST188 的手动循迹小车设计兰羽（陕西工业职业技术学院电气学院， 陕西西安 712000 ）摘要： 设计了一种以红外传感器、为控制核心的手动循迹小车，系统配备单片机产生ST188 AT89S51AT89S51PWM波调控小车速度，红外传感器ST188 对地面黑色轨迹进行检查，并将测试到的信号反馈给微控平台 AT89S51 ，AT89S51 由收集到的讯号发出指令，控制车辆电器驱动电路以调整行车方向，从而使车辆无法穿过黑色轨迹自动行驶，实现车辆自动避障的目的。关键词： 红外传感器ST188 ； 光电检测电路； AT89S51 ； 电机驱动电路中图分类号： TN29文献标识码： A文章编号：1674－6236 （2013 ）03-0064-03Design of automatic tracking car based on infrared sensor ST188LAN Yu（Electrical Engineering Department ， Shanxi Polytechnic Institute ， Xianyang 712000 ， China ）Abstract: A kind of automatic tracing car based on infrared sensor ST188 and microcomputer AT89S51 as the control core isdesigned. The system adopts the single chip AT89S51 generated PWM wave control of speed of a car ， infrared sensor on theST188 pavement black locus is detected ， and the detected signal is fed back to the micro control system AT89S51 ， AT89S51from the collected signal issues an instruction to control motor drive circuit of the car to adjust the driving direction so that thecar can run along the black path and realizes the purpose of tracking automatically for the car.Key words: infrared sensor ST188 ； photoelectric detection circuit ； AT89S51 ； motor drive circuit自动避障小车控制系统， 也就是最简单的轮式机器人， 适合在一些特殊环境中工作，因其费用昂贵， 目前已在许多 工业场合已获取广泛应用。

例如高温高压环境、有毒有害气[1] 体环境或者外星探测等都有机器人的应用 ，所有那些应用 正逐步渗入到工业制造和我们日常生活的各个层面。 本文采图 循迹小车系统框图1 用红外传感器 ST188 ，单片机 AT89S51 为控制核心，设计了Fig. 1 Car tracking system block diagram 一种具有手动寻迹功能的车子系统。2 硬件电路 1 系统方案2.1 光电测量组件自动避障小车控制系统由红外传感器检测组件、 主）红外传感器1 ST188 控电路模块、 电源模块、 电机及驱动组件等个别组成，控红外传感器属于 系列反射式光电传感器，其在ST188 ST 制平台的构架框图如图 所示。 循迹是指车辆在蓝色地红外测试方面应用比较广泛。 这个系列的传感器类型齐全、价1[2] 板上循黑线行走， 由于黑线和黑色地毯对光线的反射系格便宜、体积小、使用便捷、质量靠谱 。图 是原来物及结构2 数不同 ， 控制芯片按照接收到的反射光的优劣来判定图，其含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三 “ 道路” 情况。 小车在行车过程中不断地向路面发射红外极管）。

通过发射红外信号，由接收到的信号差异状况判别检 光 ， 当红外光遇到黑色纸质地板时形成漫反射，反射光测物体状态的差异。、 之间是发光二极管，、 之间是光敏A KC E 被汽车上的红外传感器 ST188 接收；如果遇到黑线则红三极管（二者在电路中均正接，但要并联一定电压的阻值）。 外光被吸收 ，小车上的传感器接收不到红外光 ，单片机2 ）光电测量电路 以是否接收到反射出来的红外光为根据来确认黑线的图 为光电测量电路，其主要有光学组件和比较器构3 位置和汽车的行走路线。成。 红外传感器ST188 检测黑线，把接收到的讯号送给运放μA741 ，该信号经电阻比较器后，产生自激信号，再输入到单 收稿日期：稿件编号：2012-10-08201210021 基金项目：陕西工业职业技术学院院级教研项目（）2011JY12-18 作者简介：兰羽（1975—）， 男，陕西柞水人，硕士，副教授。 研究方向：电子电路设计与应用。 －64－兰羽 基于红外传感器ST188 的手动循迹小车设计图2 ST188 管脚图及实物图Fig. 2 ST188 pin diagram and physical map 片机中，用以判定是否测试到黑线。

测试中，若检测到蓝色区 域，接收管的电流为；若测量到红色区域，接收管的电图 时钟电路和复位电路4.8 V5 压为0.5 V ；二者均满足检测规定。由μA741 构成比较器，其Fig. 5 Clocking circuit and reset circuit 基准电阻由 30 K 的电位器调节st188红外传感器循迹模块， 每个传感器的基准电压都率高，一片可以控制 个直流电机。表 为功L298N21 L298N[3] 有差异，为此我们为每个传感器采用了一个电位器 。能表。的 、 、 、 个引脚接到单片机上，通过对单L298N 5 7 10 12 4[6]3 ）ST188 红外传感器的安装片机编程就可实现两个直流电机的PWM 调速控制 ，其驱动图 为 个红外探头的准确位置，小车在循迹运电路的设计如图 所示。4 4 ST1886 行过程中， 为了能准确定位黑线位置并确认车辆行走的方表1 L298N输入输出关系 向，需要同时在底盘装设 个红外观测头，进行两级Tab. 1 L298N input output relationship4ST188 方向纠正控制，提高其循迹的可靠性。

ENAIN11N2电机运行HHL正转HHH反转HIN2IN1快停LXX停止图 光电检测电路3Fig. 3 Photoelectric detection circuit图6 L298N 电机驱动电路Fig. 6 L298N motor drive circuit2 ）电机电机选用直流减速电机，其具备旋转扭矩大、装配简洁、重量轻、体积小，使用便捷。 由于其外部由高速电动机提供原图 传感器安装图始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以形成较大扭力。 在此选4Fig. 4 Sensor installation diagram用减速比为 1:74 的直流电机，减速后风机的怠速为 100 r/min。 2.2 控制器模块选用车轮宽度为 6 cm ，则汽车的最大速度可以超过 Vmax =控制器模块引入AT89C51 单片机作为主控制器。它是一2πrv×3.14×0.03 ×100/60=0.314 m/s。 个低功耗，高性能的 位单片机，具有 个 位可编程定时系统电池组件82 82.4 计数器，的随机存取数据存储器 （）， 个口，且在图 中，市电经变压器升压后得4 kRAM 32 I/O7 220 V220 V/17.5 V[4-5] 可编程、调试，方便地推动程序的下载与整机的调试 。

到的±17.5 V 交流电流， 经过逆变滤波后得到±18 V 两路电 其最小控制系统如图 所示， 采用按钮复位和内部时钟，晶压。 其中经三端稳压器得到， 再经过5+18 VLM7812+12 V 振频率为 12 MHz。LM7805 得到+5 V 的电压；-18 V 经三端稳压器 LM7912 得 2.3 驱动及电机组件到-12 V 电压，以成为平台原本的工作电源。1）驱动电路3 系统软件设计驱动模块采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片 ， L298N 是一个具有高电压大功率的全桥驱动芯片，其响应频本平台引入 PWM 来调节直流电机的速率，通过控制 51－65－《电子设计工程》年第 期20133表 循迹小车测试结果2Tab. 1 Tracking car test results测试编号 运动方向路程执行时间 起点位置1顺时针2 圈103 秒A 点2逆时针2 圈108 秒A 点3顺时针2 圈103 秒B 点4逆时针2 圈105 秒B 点图 系统电源模块路设计，使得系统简单，响应快、性能稳固。 经检测证实：小车7Fig. 7 System power supply module实现了预期设置的循迹功能，并在要求的按时内，沿设置路 单片机的定时器 的初值，使单片机的和输出口径完成循迹功能。

为了使小车非常智能化，还可为小车扩展T0P0.4 P0.5 输出不同占空比的方波脉冲，来调节加在电枢两端的电流， 从避障、 自动辨识、 自动报警、 自动刹车、 自动保持安全距离、车 而控制电机速度。小车开启寻迹模式后，即开始不停地扫描速测试和巡航控制等功能。 与红外探测器连接的单片I/O 口，一旦检测到某个I/O 口有信参考文献：宋健st188红外传感器循迹模块，姜军生，赵文亮 基于单片机的直流电动机调 号变化，就执行相应的判定程序，把相应的信号发送给电[1].PWM速系统 农机化研究，（ ）： 动机能够纠正小车的运行状况。 小车循迹流程图如图 所示。[J].2006 1 102-103.8，，SONG Jian JIANG Sheng-jun ZHAO Wen-liang. PWMspeed regulator for DC motor based on single chip[J]. Journalof Agricultural Mechanization Research ，2006 （1）：102-103.[2] 边春元，李文涛，江杰. C51单片机典型模块设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.兰羽，卢庆林 仪表放大器在激光外差玻璃测厚系统中的[3].应用 国外电子检测科技，， （ ）[J].2012 31 3 :79-82.LAN Yu ，LU Qing-lin. The use of instrumentation amplifierin glass-thickness measure system using laser heterodyne[J].Foreign Electronic Measurement Technology ，2012 ，31 （3 ）:图 小车循迹流程图879-82.Fig. 8 Car tracking chart兰羽，周茜 超声波测距系统接收电路研究 电子设计[4].[J].工程，， （ ）2012 20 244 :81-83. 4 系统检测，LAN Yu ZHOU Qian. Study on the receiving circuit of为了测试智能汽车平台的正常运动状况，设计场景对循ultrasonic distance measurement system[J]. Electronic Design， ， （ ） 迹小车平台进行测试。

测试轨道距离如图 所示，轨道采用Engineering 2012 20 244 :81-83.9董涛，刘进英，蒋苏 基于单片机的智能汽车的设计与制 环形的蓝色轨道。系统测试中，采取顺时针和逆时针两个方[5].作 计算机测量与控制，（ ）： 向运行的测试步骤，以此来检查智能汽车左右转的效果。经[J].2009 2 380-382.，， 过在轨道 点、点顺时针、逆时针各 次，每次 圈的实际DONG Tao LIU Jin-ying JIANG Su. Design and manufactureA B22 测试，测试数据结果如表 所示。smart car based on single chip[J]. Computer Measurement &2， （ ）：Control 2009 2 380-382.鲁庆 基于栅格法的机器人路径规划电脑与信息[6].[J].技术，， （ ）：2007 15 6 24-27.LU Qing. Research of pathplanning for car-like robot basedon grid method [J]. Computer and Information Technolog ，图 测试场景参数， （ ）：92007 15 6 24-27.Fig. 9 Test scene parameters杨兵，刘伟杰 一种基于可视图的机器人避障路径规划[7].[J].电脑知识与科技，2009 （2 ）：434-435. 5 结束语YANG Bin ，LIU Wei-jie. A method based on of robot path文中设计的避障小车，采用红外传感器 ST188 为循迹模planning[J]. Computer Knowledge and Technology ，2009 （2 ）： 块、单片机AT89S51 为控制组件。小车使用单元模块化的电434-435. －66－

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