CN206930958U - 一种自循迹智能小车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自循迹智能小车控制系统，包括：控制回路，该控制回路包括一单片机；红外检测模块，其输出端连接单片机的输入端，用于检测小车的前方有无黑色障碍；驱动电路，其输入端连接所述单片机的控制端，驱动电路的输出端连接小车的驱动电机；显示模块，其输入端与单片机的输出端连接，用于显示驱动电机的运行的状况；通信电路，用于将小车控制系统与PC机通信；电源模块，分别与单片机、红外检测模块、驱动电路、显示模块以及通信电路连接；看门狗单元，与单片机连接，用于在系统程序出错时对系统进行复位；外围电路，该外围电路包括复位电路、时钟电路以及开关电路，复位电路、时钟电路以及开关电路均与单片机连接。

Description

一种自循迹智能小车控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，具体涉及一种自循迹智能小车控制系统。

背景技术

人们一直都想拥有一种能够自动行驶，并且能够适应各种复杂路面情况和沿着指定道路(轨迹)运行的车辆。多年来，随着企业生产技术不断提高，自动化技术不断加深，电子智能控制在工业上的应用越来越普遍的大环境下，人们的这一梦想终于有望得到实现。现在，世界上许多国家都在对智能车辆进行研究和设计。

随着科学技术的进步，特别是计算机技术、信息技术、电子技术、人工智能的飞速发展，这为智能循迹系统的搭建提供了实现的技术基础。目前，循迹技术在家用汽车上已经开始运用。而循迹智能系统在搬运升降领域的应用还很少。

搬运升降设备智能化是工业今后的发展趋势，也是人们对安全性、智能化要求越来越高的工业的发展方向。随着信息技术和计算机技术为代表的高新技术的发展，以及模糊控制技术、神经模糊技术、人工神经网络技术等新的控制技术的发展，在不久的将来搬运升降设备的循迹智能系统将会有突破性的进展。智能循迹系统的实用化是智能循迹系统发展的前进方向，应变能力强、环境适应性好的智能车辆将是今后的研究重点。

鉴于此，提出一种自循迹智能小车控制系统，是本实用新型所要研究的课题。

实用新型内容

为解决以上现有技术采用人工作业效率低、危险环境人工无法作业等缺陷，本实用新型提供一种自循迹智能小车控制系统，包括：

控制回路，该控制回路包括一单片机；

红外检测模块，该红外检测模块的输出端连接所述单片机的输入端，用于检测小车的前方有无黑色障碍；

驱动电路，所述驱动电路的输入端连接所述单片机的控制端，所述驱动电路的输出端连接小车的驱动电机；

显示模块，该显示模块的输入端与所述单片机的输出端连接，用于显示所述驱动电机的运行的状况；

通信电路，该通信电路用于将所述小车控制系统与PC机通信；

电源模块，该电源模块分别与所述单片机、所述红外检测模块、 所述驱动电路、所述显示模块以及所述通信电路连接，用于给所述单片机、红外检测模块、驱动电路、显示模块以及通信电路提供电源；

看门狗单元，该看门狗单元与所述单片机连接，用于在系统程序出错时对系统进行复位；

外围电路，该外围电路包括复位电路、时钟电路以及开关电路，所述复位电路、时钟电路以及开关电路均与所述单片机连接；

在工作状态下，通过红外检测有无黑色障碍，并将检测的信号发送给所述控制回路，该控制回路对此接收到的信号进行处理，再给驱动电路发送信号，从而控制小车的电机转动。

进一步地，所述单片机采用AT89C52单片机。

进一步地，所述电源模块包括交流转直流单元和电源管理单元，该交流转直流单元采用ACT355A芯片，所述电源管理单元采用LPM3420A-12.6V芯片。

进一步地，所述红外检测模块包括4个TCRT5000传感器。

进一步地，所述驱动电路采用L293D驱动芯片，其内部采用了桥式开关管的形式来控制大电压，高电流，从而驱动所述驱动电机转动。

进一步地，所述显示模块采用LCD1284芯片。

进一步地，所述看门狗单元采用MAX813监控电路处理芯片。

进一步地，所述时钟电路采用晶振来进行振荡，两个电容协同组成三点式形式，使晶振工作在电感状态。

有益效果：本实用新型的智能循迹控制系统可应用范围广、可靠性高，成本低廉，尤其适合在那些人类无法工作的环境中工作，既可提高工作效率，又可有效避免有害物质对人体的伤害。

附图说明

图1为本实施例自循迹智能小车控制系统的结构示意框图；

图2为本实施例中看门狗单元的电路图；

图3为本实施例中时钟电路的电路图；

图4为本实施例中复位电路的电路图；

图5为本实施例中开关电路的电路图；

图6为本实施例红外检测模块中传感器的电路图；

图7为本实施例红外检测模块中运放的电路图；

图8为本实施例红外检测模块中比较器的电路图；

图9为本实施例通信电路的电路图；

图10为本实施例控制芯片AT89C52的电路图；

图11为本实施例驱动电路的电路图；

图12为本实施例锂电池充电管理芯片LMP3420的电路图。

具体实施方式

实施例：一种自循迹智能小车控制系统

如图1-11所示，包括控制回路，该控制回路包括一单片机，该单片机采用AT89C52单片机。本实施例中，通过红外检测有无黑色障碍，从而给AT89C52单片机发送信号，控制回路对此信号进行处理，再给驱动电路发送信号，从而达到小车的控制目的。由于AT89C52作为普通I/O口使用时需接上拉电阻，如图10所示的R20，控制电路与其他电路的连接情况如图中的标号。

参见图6-8，红外检测模块，该红外检测模块的输出端连接所述单片机的输入端，用于检测小车的前方有无黑色障碍。本实施例中，采用4个感器TCRT5000型号，检测的信号再与比较器的电压进行比较（即当大于某值时输出为正饱和值，则为光电管导通，故无障碍；反之输出为负饱和值，则有障碍。因此电机不能直行了。由于有4路传感器，因此采用4个运放集成的芯片LM339。

本次设计中采用了4个TCRT5000传感器，不断检测外围信号，其电路如图6所示。在黑色轨迹下，光电管断开，因此IN2+输出为高电平；反之IN2+输出为低电平。检测到的信号通过比较器后传送给控制电路，电路如图7所示。由于存在4路检测信号，故采用4个集成在一起的运放芯片LM399，因为存在外部条件的干扰，故非黑色轨迹上运行仍有可能检测信号输出达到TTL满足的高电平，因此需要设计比较器，与某电压值进行比较，某电压值产生如图8所示。其中，R28是用来调节能检测黑色轨迹的基准电压，从而使输出为高电平而不误报电平错误。

驱动电路，所述驱动电路的输入端连接所述单片机的控制端，所述驱动电路的输出端连接小车的驱动电机。本实施例中，驱动模块所采用的是L293D驱动芯片来驱动电机，其内部采用了桥式开关管的形式来控制大电压，高电流，从而达到电机转动。本设计采用驱动芯片L293D，内部包含4通道逻辑驱动电路，是一种两相和四相电机的专用驱动器，即内部含有2个H桥的高电压大电流双全桥驱动器，实现了两个电机的正反转情况，其电路如图11所示。

显示模块，该显示模块的输入端与所述单片机的输出端连接，用于显示所述驱动电机的运行的状况。本实施例中，显示模块采用的是LCD1284芯片，此芯片可以点阵显示，故可以显示中文字符，可以不断显示电机的运行的状况。

通信电路，该通信电路用于将所述小车控制系统与PC机通信。本实施例中，该通信电路主要是单片机芯片与计算机通过USB进行通信，将给定的程序烧写到控制芯片中。由于计算机通信采用RS232电平，又单片机通信采用TTL电平，故通过电平转换芯片CH340G进行实现。

本设计中采用一个USB总线的转接芯片CH340，转化成RS232电平，从而达到计算机与该系统进行通信，通过USB进行加载程序，其电路如图9所示。

电源模块，该电源模块分别与所述单片机、所述红外检测模块、 所述驱动电路、所述显示模块以及所述通信电路连接，用于给所述单片机、红外检测模块、驱动电路、显示模块以及通信电路提供电源。本实施例中，电源模块采用的视开关电源将220V的交流电转化充电电池所需的直流电，所采用控制芯片为ACT355A，再通过电源管理芯片来控制对电池进行充电，从而有效的保护了电池，电源管理芯片为LPM3420A-12.6V。

本设计中，工业中及家庭中用电为220V，要将此电压转化成为该系统所需的电压故必要设计的内容。由于小车轻巧，要想减轻重量，故采取开关电源。

电源模块采用开关电源芯片为ACT355A，DC—DC采用的是反激电路，由ACT355A的SW发出开关频率，从而使反激电路的输入通道进行不断的通断，此过程中的频率非常高，故在输出的直流的纹波系数非常小。

ACT355A中的FB端通过同名端（磁信号）检测输出的电压信号反馈到芯片中，进而通过一系列芯片内部控制，输出合适的占空比。其中R15与R19构成反馈通道。

查ACT355A芯片手册可知，根据手册中提供的典型电路来计算出相应的参数：

NS为反激电路输出端的变压器匝数，NA为反激电路输入端的变压器匝数。VF为稳压二极管D3的压降值。

要给3节锂电池充电，故需要14V左右的直流电源，故VOUT取值为14.5V,稳压管的压降VF=0.5V。故，合理取值R15，R19，NA，NS。以达到上述的要求的值。

本次设计中取值为：

；；；；

此电路还有另一优势就是输入端与输出端隔离，从而形成有效的保护。

在直流电源设计后得到14V左右的直流电源，再对锂电池的充电电路进行设计，由于锂电池比较昂贵，且要合理利用资源，为了提高锂电池的寿命，因此在不同时期对电池充电的要求不同，本设计中采用了锂电池充电管理芯片LMP3420，其电路如图12所示。

本设计采用LPM3420资料手册的典型电路数据——低压差形式来充电，避免了锂离子迅速流向一边，充电速率基本保持恒定值。因此可有效保护电池短暂充电，由于开关电源采用了反馈控制故输出的直流电源维持在恒定值。虽然充电电路无过压保护，由于前级开关电源作用（采用芯片ACT355A，对交流输入端有着较大的变化范围），输出直流电为恒定值。故采用恒压差充电器非常好。

当开关电源断开时，锂电池通过D1，Q4两个器件与电路进行隔离，从电池不会放电。当电池充电充满时，LMP4320芯片OUT输出电压较高，使Q2断开，从而使Q1断开，故切断了充电通路，避免了过冲发生。防止电池通过充电电路放电，调整管Q1应选用大电流MOSFET，Q3应选用小电流MOSFET。

看门狗单元，该看门狗单元与所述单片机连接，用于在系统程序出错时对系统进行复位。本实施例中，看门狗单元模块是一种硬件抗干扰的技术，将到处乱飞的程序进行复位，让系统重新恢复正常。本设计中采用监控电路处理芯片为MAX813。

看门狗单元它实质上是一个可由CPU复位的定时器，它的定时时间是固定不变的，一旦定时时间到，电路就产生复位信号或中断信号。当程序正常运行时，在小于定时时间隔内，单片机输出一信号刷新定时器，定时器处于不断的重新定时过程，因此看门狗单元就不会产生复位信号或中断信号，反之，当程序因出现干扰而“跑偏”时，单片机不能刷新定时器，产生复位信号或产生中断信号使单片机复位或中断，在中断程序中使其返回到起始程序，恢复正常。本次设计采用看门狗专用集成芯片MAX813。

如图2所示，程序正常运行时，由主程序在小于1.6s的时间间隔内周期性地从P1.7端向MAX813的P1.7输入端发送一个脉冲信号，以消除芯片内部的看门狗定时器。实现指令为：若超过1.6s该输入端收不到脉冲信号，则内部看门狗定时器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。引起MAX813产生一个200ms的复位脉冲。同时使看门狗定时器清零和使8号引脚变成高电平。

电路巧秒地利用了MAX813L的手动复位输入端MR。只要程序一旦跑飞引起程序“死机”，WDO端电平由高到低，当WDO变低超过140ms，将引起MAX813L产生一个200ms的复位脉冲;同时使看门狗定时器清0和使WDO脚变成高电平。从而达到监视的目的。

该电路可以适时地监控电源故障（掉电、电压降低等）。电源正常时，确保R43上的电压高于1.26V，即保证MAX813L的PFI输入端电平高于1.26V。当电源发生故障或PFI输入端的电平低于1.25V时，电源故障输出端PFO 电平由高变低，引起单片机INTO中断，采用单片机最高级中断。CPU响应中断时，执行相应的中断重要服务程序，保护数据，断开外部用电电路等。

参数选择：

1.5V电源由稳压提供，在芯片中电源线上接上去电容，以消除脉冲电压的干扰。故选取0.1uF。

2.R45和R43主要是将由电池提供的电压进行检测，当小于某值时，对系统进行又必要的操作，最后停止工作。

因此对Vi进行检测，由于电池为12.6V供电，在考虑采用7805做稳压电源所需输入最小的电压，以及电机工作最低电压。故Vmin=6V，对应VI=1.25V，综合考虑得左右，左右。

外围电路，该外围电路包括复位电路、时钟电路以及开关电路，所述复位电路、时钟电路以及开关电路均与所述单片机连接。

为了充分利用电池的电源，以及可靠的合理利用，设计的开关电路如图5所示。

所述时钟电路主要采用晶振来进行振荡，两个电容协同组成三点式形式，使晶振工作在电感状态，其电路如图3所示。为了使系统在死机状态能够恢复正常，故必要设计复位电路，其电路如图4所示。

主要是为了给AT89C52芯片RET端有必要提供一个高电平（TTL电平所要求）。参数选择：

当开关未按下时，电容两端的电压为0,故RES输出为低电平，当开关闭合后，电容两端电压变为5V，从而使RES变为高电平。从而达到复位状态。,。

在工作状态下，通过红外检测有无黑色障碍，并将检测的信号发送给所述控制回路，该控制回路对此接收到的信号进行处理，再给驱动电路发送信号，从而控制小车的电机转动。通过传感器检测的信号发送给控制电路，控制电路通过程序规程发相关指令给驱动电路，从而实现小车的直行，左转，右转。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种自循迹智能小车控制系统，其特征在于，包括：

控制回路，该控制回路包括一单片机；

红外检测模块，该红外检测模块的输出端连接所述单片机的输入端，用于检测小车的前方有无黑色障碍；

驱动电路，所述驱动电路的输入端连接所述单片机的控制端，所述驱动电路的输出端连接小车的驱动电机；

显示模块，该显示模块的输入端与所述单片机的输出端连接，用于显示所述驱动电机的运行的状况；

通信电路，该通信电路用于将所述小车控制系统与PC机通信；

电源模块，该电源模块分别与所述单片机、所述红外检测模块、 所述驱动电路、 所述显示模块以及所述通信电路连接，用于给所述单片机、红外检测模块、驱动电路、显示模块以及通信电路提供电源；

看门狗单元，该看门狗单元与所述单片机连接，用于在系统程序出错时对系统进行复位；

外围电路，该外围电路包括复位电路、时钟电路以及开关电路，所述复位电路、时钟电路以及开关电路均与所述单片机连接。

2.根据权利要求1所述的自循迹智能小车控制系统，其特征在于，所述单片机采用AT89C52单片机。

3.根据权利要求2所述的自循迹智能小车控制系统，其特征在于，所述电源模块包括交流转直流单元和电源管理单元，该交流转直流单元采用ACT355A芯片，所述电源管理单元采用LPM3420A-12.6V芯片。

4.根据权利要求3所述的自循迹智能小车控制系统，其特征在于，所述红外检测模块包括4个TCRT5000传感器。

5.根据权利要求1所述的自循迹智能小车控制系统，其特征在于，所述驱动电路采用L293D驱动芯片，其内部采用了桥式开关管的形式来控制大电压，高电流，从而驱动所述驱动电机转动。

6.根据权利要求1所述的自循迹智能小车控制系统，其特征在于，所述显示模块采用LCD1284芯片。

7.根据权利要求1所述的自循迹智能小车控制系统，其特征在于，所述看门狗单元采用MAX813监控电路处理芯片。