工程师电子制作故事：光电寻迹智能车DIY设计

　　摘要：提出一种使用激光检测白底黑色跑道的寻迹智能车的软硬件设计方法，在硬件上设计了最小系统、主板、电机驱动、激光传感器模块、测速模块等电路，采用8位freescale单片机MC9S08AC16作为控制核心，使用低成本的红外传感器测速方案，采用14发射、7接收“-”字型排开的激光传感器检测赛道信息，电机驱动采用“H”型双极性驱动电路。硬件设计上使用了适合8位单片机的枚举查表为主的舵机控制算法，而速度控制则为bang-bang控制与P算法控制相结合的方法。

　　智能车竞速比赛以及多种智能车的应用场合中，需要智能车沿着某条轨迹快速前进，使用普通红外传感器、激光传感器、摄像头识别均可有效提取路面轨道信息而解决这一问题，现在常见使用16位单片机作为控制核心。普通红外传感器因为易受干扰、前瞻距离短等缺点已经较少使用，摄像头有丰富的数据信息，但是低成本8位单片机不能很好的处理这些信息。激光传感器成本适中，处理的信号便于8位单片机处理，能够有效的节省硬件成本。针对寻迹智能车进行了软硬件设计，采用3位freescale单片机MC9S08AC16作为控制核心，使用激光传感器提取赛道信息，采用低成本的红外测速方案，算法使用以PID为基础的枚举查表法，做到了处理快速高效。整个设计既满足了竞速小车的响应迅速的要求，又是一种较低成本的设计方案。

　　1 车模安装

　　智能车的控制采用的是前轮转向，B型车模采用的是国内厂商生产的1:16的电动越野遥控车的底盘部分，突出特点为四轮驱动，四轮独立悬挂。反射式光电传感器在小车前方一字形简单排布，14个发射，7个接收，一个发射带两个接收，传感器的前瞻可以达到40cm以上，两个激光发射头间距1.8cm.传感器单元安装图如图1所示。

　　图1 改装后智能车

　　系统选用红外传感器作为测速传感器把红外传感器安装在后轮上，在后轮的内壁贴上黑白等距的胶带，这样子安装就充分利用了空间，且完成了测速的要求。红外传感器测速安装图如图2所示。车轮转动时，红外传感器将会输出脉冲电平，检测脉冲频率将得到小车速度。这种测速方法无法达到光电解码器的精度，但是对于小车的速度处理并没有太大影响，而光电解码器价格昂贵，安装在齿轮上，同等电源和PWM的输出时，小车速度会变慢。

　　图2 红外传感器测速的安装