一种智能循迹小车的制作方法

本实用新型涉及一种自动控制领域，具体来讲是一种智能循迹小车。

背景技术：

目前，智能小车发展很快，从智能玩具到其他各行业都有实质成果，其基本可实现循迹、避障、寻光、遥控、声控、视频传输等基本功能，目前，也出现了一些功能不同的循迹小车。

经检索发现，专利号 CN201020662459.5的实用新型公开了一种智能循迹小车，包括小车车体，小车车体的底部安装有四个驱动轮，四个驱动轮呈矩形分布，其中，左侧两个驱动轮由驱动电机一驱动，右侧两个驱动轮由驱动电机二驱动，小车车体上还安装有电源模块、主控芯片、电机驱动芯片和四个光电管，主控芯片还与电机驱动芯片、四个光电管相连接，并根据四个光电管的信号控制电机驱动芯片，电机驱动芯片与驱动电机一和驱动电机二相连接，并通过控制该两个驱动电机的速差完成小车的转向。

专利号 CN201520356184.5的实用新型公开了一种基于蓝牙控制的智能循迹小车，包括智能小车本体、控制器以及计算机，控制器为安装有控制软件的安卓设备，智能小车本体包括电源系统、控制器模块、传感器模块、通讯模块、运动执行模块以及人机交互模块，通讯模块包括蓝牙适配器，智能小车本体通过蓝牙适配器与控制器和计算机通讯连接。

专利号 CN201520919939.8的实用新型公开了一种基于多传感器的智能循迹小车控制系统，包括驱动小车行走的直流电机和获取小车前面路径信息的图像采集模块，还包括核心控制模块和驱动小车舵机工作的舵机转向模块，所述核心控制模块根据图像采集模块的信息控制所述直流电机和舵机转向模块的工作，一电源模块分别为直流电机、图像采集模块、核心控制模块和舵机转向模块供电。

然而，经过分析发现，循迹已广泛应用于许多领域，从超级市场、车间，扩展到办公室、宾馆、自动化仓库、医院及配送中心，已成为工业自动化的主要标志之一。但是，目前的循迹小车整体制造成本较高，不易于维护和推广应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，在此提供一种智能循迹小车，该种小车制造成本低，且结构简单易于维护，通过单片机控制及电机驱动单元实现控制；适于推广应用。

本实用新型是这样实现的，构造一种智能循迹小车，包括上盘、底盘、左电机、右电机、电源控制单元、信号传感单元、单片机控制及电机驱动单元；左电机、右电机分别位于底盘下方用于连接并驱动车轮；上盘与底盘之间通过铜连接柱固定连接；信号传感单元为三组分别与单片机控制及电机驱动单元一起设置在上盘上方。该种小车具有工作稳定、可靠性高、操作简单以及易于维护等特点，能够自动行走，实现运输功能，可以为工业生产节省大量的时间和人力资源。本实用新型结构简单，循迹灵敏性高，转向灵活且行走稳定。

作为上述技术方案的改进，

所述一种智能循迹小车，所述底盘下方安装有万向轮，万向轮9便于小车支撑和行走。

作为上述技术方案的改进，

所述一种智能循迹小车，信号传感单元包括检测传感电路和电路安装板；电路安装板为L形，通过螺栓固定在上盘边沿处；在这里采用L形的电路安装板，其好处是能够稳定、快速的置于上盘边沿处，为信息采集奠定基础。

作为上述技术方案的改进，

所述一种智能循迹小车，所述电源控制单元分别与信号传感单元和单片机控制及电机驱动单元连接；

其中，信号传感单元的输出端与单片机控制及电机驱动单元连接，由单片机控制及电机驱动单元实现输出控制。

作为上述技术方案的改进，

所述一种智能循迹小车，所述电源控制单元包括LM2596集成电路；

其中，连接端P1经过滤波电容C1和C3连接LM2596的电源输入端VIN，LM2596将直流转换为150KHz的高频方波从LM2596的电源输出端Output输出；其中，输出端Output连接有电感L1和滤波电容C2、C4，使其输出的高频方波一路经过电感L1和C2、C4的滤波变为直流电压从连接端P2口输出，电感L1的后端连接电位器RP1，使其高频方波经过电位器RP1反馈到LM2596的反馈端Feedback，反馈信号同LM2596内部基准稳压值1.23V进行比较；其中，LM2596的ON /OFF端接地。

作为上述技术方案的改进，

所述一种智能循迹小车，所述单片机控制及电机驱动单元中电机驱动部分包括TLP521-4光耦和双路全桥驱动器L298两部分；

用于接收单片机模块P2.4-P2.7信号的模块输入端口P1与TLP521-4光耦的2、4、6、8脚连接，光耦的输出信号分别与L298的IN1\IN2\IN3\IN4输入端口连接；经L298内部电路处理后由2、3、13、14管脚将相位相反的两个脉冲信号输出给左右两个电机，其中2、3端口控制左电机，13、14端口控制右电机，L298的6、11 两个管脚为两个输出使能控制端，都接到高电平，使 L298 处于工作状态；L298的9端口连接电源滤波电容C1、C2；L298的4端口连接电源滤波电容C3、C4；L298的2、3、13、14端连接有续流二极管D1-D8。

作为上述技术方案的改进，

所述一种智能循迹小车，所述信号传感单元包括红外对管ST188和LM393比较器两部分，电源指示电路由电阻R1和发光二极管D1组成；

二极管D1与红外对管ST188连接，红外对管ST188的输出端连接LM393比较器的3脚；LM393比较器的1端连接单片机，LM393比较器的1端还连接信号指示电路，信号指示电路由R4和D2串联组成。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供一种智能循迹小车，相对于现有小车来讲，具有如下优点：

优点1：本实用新型所述智能循迹小车包括上盘、底盘、左电机、右电机、电源控制单元、信号传感单元、单片机控制及电机驱动单元；左电机、右电机分别位于底盘下方用于连接并驱动车轮；上盘与底盘之间通过铜连接柱固定连接；信号传感单元为三组分别与单片机控制及电机驱动单元一起设置在上盘上方。该种小车具有工作稳定、可靠性高、操作简单以及易于维护等特点，能够自动行走，实现运输功能，可以为工业生产节省大量的时间和人力资源。本实用新型结构简单，循迹灵敏性高，转向灵活且行走稳定。

优点2；本实用新型所述一种智能循迹小车，所述底盘下方安装有万向轮，便于小车支撑和行走；信号传感单元包括检测传感电路和电路安装板；电路安装板为L形，通过螺栓固定在上盘边沿处；在这里采用L形的电路安装板，其好处是能够稳定、快速的置于上盘边沿处，为信息采集奠定基础。

优点3：本实用新型单片机控制及电机驱动单元部分主要以单片机为控制核心，主要负责接受传感器采集来的信息并对其进行相应的处理，处理后将结果传送到驱动电路进行处理，实现对电机进行控制，从而实现小车的自动导引。

优点4：本实用新型的实施所使用的元件价格均十分低廉，但却具有工作稳定、功能强大、精确度高、高效节能以及可适用实时控制等特点，能够有效的提高生产效率。

附图说明

图1 是本实用新型智能循迹小车的整体结构图

图2是本实用新型智能循迹小车侧面示意图

图3是本实用新型底部示意图

图 4是DC-DC电压模块电气原理图

图 5 是信号采集模块电气原理图

图 6 是单片机模块电气原理图

图 7 是电机驱动模块电气原理图。

具体实施方式

下面将结合附图1-图7对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型通过改进提供一种智能循迹小车，如图1-图7所示；可以采用如下方式予以实施；一种智能循迹小车，包括上盘1、底盘2、左电机3、右电机4、电源控制单元5、信号传感单元6、单片机控制及电机驱动单元7；左电机3、右电机4分别位于底盘2下方用于连接并驱动车轮；上盘1与底盘2之间通过铜连接柱8固定连接；信号传感单元6为三组分别与单片机控制及电机驱动单元7一起设置在上盘1上方。

该种小车具有工作稳定、可靠性高、操作简单以及易于维护等特点，能够自动行走，实现运输功能，可以为工业生产节省大量的时间和人力资源。本实用新型结构简单，循迹灵敏性高，转向灵活且行走稳定。

本实用新型所述一种智能循迹小车，所述底盘2下方安装有万向轮9，便于小车支撑和行走。

本实用新型所述一种智能循迹小车，信号传感单元6包括检测传感电路和电路安装板；电路安装板为L形，通过螺栓固定在上盘1边沿处；在这里采用L形的电路安装板，其好处是能够稳定、快速的置于上盘1边沿处，为信息采集奠定基础。

本实用新型所述一种智能循迹小车，所述电源控制单元5分别与信号传感单元6和单片机控制及电机驱动单元7连接；其中，信号传感单元6的输出端与单片机控制及电机驱动单元7连接，由单片机控制及电机驱动单元7实现输出控制。

本实用新型所述一种智能循迹小车，所述电源控制单元包括LM2596集成电路；其中，连接端P1经过滤波电容C1和C3连接LM2596的电源输入端VIN，LM2596将直流转换为150KHz的高频方波从LM2596的电源输出端Output输出；其中，输出端Output连接有电感L1和滤波电容C2、C4，使其输出的高频方波一路经过电感L1和C2、C4的滤波变为直流电压从连接端P2口输出，电感L1的后端连接电位器RP1，使其高频方波经过电位器RP1反馈到LM2596的反馈端Feedback，反馈信号同LM2596内部基准稳压值1.23V进行比较；其中，LM2596的ON /OFF端接地。

本实用新型所述一种智能循迹小车，所述单片机控制及电机驱动单元中电机驱动部分包括TLP521-4光耦和双路全桥驱动器L298两部分；用于接收单片机模块P2.4-P2.7信号的模块输入端口P1与TLP521-4光耦的2、4、6、8脚连接，光耦的输出信号分别与L298的IN1\IN2\IN3\IN4输入端口连接；经L298内部电路处理后由2、3、13、14管脚将相位相反的两个脉冲信号输出给左右两个电机，其中2、3端口控制左电机，13、14端口控制右电机，L298的6、11 两个管脚为两个输出使能控制端，都接到高电平，使 L298 处于工作状态；L298的9端口连接电源滤波电容C1、C2；L298的4端口连接电源滤波电容C3、C4；L298的2、3、13、14端连接有续流二极管D1-D8。

本实用新型所述一种智能循迹小车，所述信号传感单元包括红外对管ST188和LM393比较器两部分，电源指示电路由电阻R1和发光二极管D1组成；二极管D1与红外对管ST188连接，红外对管ST188的输出端连接LM393比较器的3脚；LM393比较器的1端连接单片机，LM393比较器的1端还连接信号指示电路，信号指示电路由R4和D2串联组成。

如图4所示：电源控制单元以LM2596集成电路为核心设计，能够输出3A的驱动电流，可调输出电压范围1.2V～40V，±4%，同时具有很好的线性和负载调节特性。由于该器件可以使用通用的标准电感，极大地简化了开关电源电路的设计。

管脚功能：

VIN——正输入端，在这个管脚处必须加一个适当的输入旁路电容来减小暂态电压，同时为LM2596提供所需的开关电流。

GND—— 接地端。

Output——输出端，这个脚上的电压可在（+VIN-VSAT）和-0.5V（大约）间转换。为了减小耦合，PCB上连接到该脚的铜线区域要尽量小。

Feedback——反馈端，这个管脚把输出端的电压反馈到闭环反馈回路。

ON /OFF——这个管脚可以利用逻辑电平把LM2596切断，使输入电流就降到大约80μA。将这个管脚的电压下拉到低于大约1.3V时，LM2596就被打开；而上拉到高于1.3V（最大到25V）时，LM2596就被关断。如果不需要使用这个功能，就可以把这个管脚接地或开路，使IC处于打开的状态。

工作过程：9V～40V直流电压从P1输入，经过C1和C3的电源滤波后，进入LM2596的电源输入端（VIN），LM2596将直流转换为150KHz的高频方波从LM2596的电源输出端（Output）输出，输出的高频方波一路经过L1和C2、C4的滤波变为直流电压从P2口输出，另一路高频方波经过电位器RP1反馈到LM2596的反馈端（Feedback），反馈信号同LM2596内部基准稳压值1.23V进行比较，若检测到电压有差值，则通过放大器调节去芯片内部振荡器的输出占空比，从而稳定输出电压。本系统需要设计输出电压连续可调，因此RP1采用精密可调电阻即可达到设计目标。由于是长期工作，因此LM2596的ON /OFF端接地。

如图5所示：信号传感单元是由信号采集模块上的红外对管对地上的黑色标线检测，发射管不断发射红外光到路面上，根据红外光落在黑、白区域的反光程度不同而导致接收管接收到的红外信号的微弱不同，使接收管产生的信号不同，通过LM393比较器从而产生 “0” 或 “1” 的脉冲送入单片机。

信号传感单元是以红外对管ST188和LM393比较器为核心设计的。

红外对管ST188 特点：

1、采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。

2、检测距离可调整范围大，4-13mm可用。

3、采用非接触检测方式。

工作过程：如果接收管接收到反射回来的红外线，红外接收头导通，E管脚输出高电平，接近Vcc；如果没有接收到反射回来的红外线，红外接收头不导通，E管脚输出低电平，接近GND；

比较器LM393特点：

LM393是双电压比较器集成电路。

工作温度范围:0°C -- +70°C

工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源： 2～ 36V，双电源：±1～±18V；共模输入电压范围宽， VIC=0～VCC-1.5V；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；

输出可以用开路集电极连接“或”门；

采用双列直插8 脚塑料封装（DIP8）和微形的双列8 脚塑料封装（SOP8）。

工作过程：电路R1和D1组成电源指示电路，当有电源时D1就会发光；红外对管D2（ST188）通电后发射管不断发射红外光到路面上，根据红外光落在黑、白区域的反光程度不同而导致接收管接收到的红外信号的微弱不同。当红外光落在黑区域时，反射光弱，光敏晶体管截止，LM393的3脚为高电平；当红外光落在白区域时，反射光强，光敏晶体管导通，LM393的3脚为低电平；D2（ST188）产生的信号输入到LM393的3脚。LM393为比较器电路，即LM393的3脚电压和2脚电压进行比较：当U₃> U₂时，Uout=5V；当U₃< U₂时，Uout=0V；R4和D2组成信号指示电路，当Uout=0V时D2发光。

红外对管D2（ST188）通过对地上的黑色标线检测，发射管不断发射红外光到路面上，使接收管产生的信号不同，通过LM393比较器从而产生 “0” 或 “1” 的脉冲送入单片机。

如图6所示：单片机控制模块主要对信号采集模块送进来的脉冲信号进行处理，然后产生控制信号输出。具体实施时，P1.0-P1.4作为五路检测信号输入端与信号采集模块相连，检测的信号送入P1.0-P1.4。信号输出端为P2.4-P2.7。

单片机通过P1来读取传感器信息，P2口高四位来控制电机从而产生前进、后退、停止、左转、右转动作。

注：小车动作与P2口高四位输出电平可能并不对应，这些与传感器接的顺序，电机接的顺序已经程序中端口设定的顺序有很大关系。如：P2输出0xa0，图中为前进，将电机连接顺序换下接后，小车动作可能是后退。

如图7所示：电机驱动模块是以TLP521-4光耦和双路全桥驱动器L298为核心设计的。

TLP521-4是光耦合器件，功耗150mW，隔离电压为2500 Vrms，保护因电机启动停止瞬间产生的尖峰脉冲对主控制器的影响。可增强电路的安全性，减小电压的干扰。

双路全桥驱动器L298特点：

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

工作过程：从单片机模块P2.4-P2.7来的信号，通过模块输入端口P1，分别进入TLP521-4光耦2、4、6、8脚，光耦的输出信号分别送入L298的IN1\IN2\IN3\IN4输入端口，经L298内部电路处理后由2、3、13、14管脚将相位相反的两个脉冲信号输出给左右两个电机，其中2、3端口控制一电机，13、14端口控制另一个电机，当脉冲信号的正脉宽大于负脉宽信号时，得到正相平均电压，电机正相旋转， 开始执行前进功能，相反，如果负脉冲信号大于正脉冲信号，则其执行后退功能 ；同样，单片机送出的脉冲信号送入 L298 处理后，若一边为正脉冲信号、一边为负脉冲信号时，则一电机前正转，另一电机反转，实现左右转弯的功能。若L298输出为低电平，则左右两个电机都不动。L298的6、11 两个管脚为两个输出使能控制端，都接到高电平，使 L298 处于工作状态。

D1-D8为续流二极管-IN4007；C1-C4为电源滤波。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。