智能小车的内在寻迹原理

2.小车循迹的原理 这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。 红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过15cm。对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用集成式红外探头。 智能小车的寻迹原理主要基于红外探测技术，这一技术利用了红外线在不同颜色表面反射性质的差异。小车在白色地板上沿着黑线行驶，通过不断发射红外光并接收反射信号来判断黑线的位置。当红外光照射到白色地板上时，会发生漫反射，被小车上的接收管捕获；而遇到黑线时，红外光会被吸收，接收管收不到反射信号。根据这些信息，单片机就能决定小车的行驶路线。 小车的控制与驱动单元是核心部件，通常采用单片机作为控制器，例如本文提到的台湾凌阳公司的SPCE061A单片机。这款单片机拥有强大的处理能力，包括2K RAM，32K Flash，32个I/O口以及AD/DA功能，能支持多种功能的扩展。小车的驱动电机一般采用直流电机，左右两侧各装一个，通过PWM调速法控制电机转速，实现小车前进、后退、转向等功能。当单片机的特定IO口输出方波的占空比改变时，电机上的平均电压也会变化，从而调整转速。 红外探测器有两种常见类型：自制红外探头和集成式红外探头。自制探头通常使用ST168对管，当红外光被白色反射或被黑色吸收时，光敏三极管的导通状态改变，通过比较器输出高低电平信号，供单片机判断。然而，这种方法可能受环境光干扰。集成式探头如E3F-DS10C4光电开关探测器则提供更稳定的性能，且能有效防止普通光源干扰，但体积较大。 在实际应用中，小车通常配备四个红外探测头，如图2所示，分为两组进行两级方向纠正控制。第一级传感器（InfraredMR和InfraredML）负责主方向控制，一旦探测到黑线，单片机将发送指令纠正小车路径。若第一级无法纠正，第二级传感器（InfraredSR和InfraredSL）将介入，进一步确保小车回到正确轨道。 软件控制方面，小车进入循迹模式后，程序会持续扫描I/O口，根据接收到的信号进入相应的判断和处理程序。例如，如果左侧的探测器检测到黑线，意味着小车偏向右侧，程序将指令小车向左转以保持在黑线上。这种基于条件的程序控制确保了小车精确的循迹能力。 智能小车的寻迹原理结合了硬件（红外探测器和单片机）和软件（控制算法）两方面，通过实时监测和分析环境信号，调整小车的行驶状态，实现自主跟随黑线行驶。这种技术广泛应用于机器人竞赛、自动化物流等领域，具有较高的实用价值。