本實用新型涉及一種自動控制領(lǐng)域，具體來講是一種智能循跡小車。

背景技術(shù)：

目前，智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其他各行業(yè)都有實質(zhì)成果，其基本可實現(xiàn)循跡、避障、尋光、遙控、聲控、視頻傳輸?shù)然竟δ?，目前，也出現(xiàn)了一些功能不同的循跡小車。

經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，專利號 CN201020662459.5的實用新型公開了一種智能循跡小車，包括小車車體，小車車體的底部安裝有四個驅(qū)動輪，四個驅(qū)動輪呈矩形分布，其中，左側(cè)兩個驅(qū)動輪由驅(qū)動電機一驅(qū)動，右側(cè)兩個驅(qū)動輪由驅(qū)動電機二驅(qū)動，小車車體上還安裝有電源模塊、主控芯片、電機驅(qū)動芯片和四個光電管，主控芯片還與電機驅(qū)動芯片、四個光電管相連接，并根據(jù)四個光電管的信號控制電機驅(qū)動芯片，電機驅(qū)動芯片與驅(qū)動電機一和驅(qū)動電機二相連接，并通過控制該兩個驅(qū)動電機的速差完成小車的轉(zhuǎn)向。

專利號 CN201520356184.5的實用新型公開了一種基于藍牙控制的智能循跡小車，包括智能小車本體、控制器以及計算機，控制器為安裝有控制軟件的安卓設備，智能小車本體包括電源系統(tǒng)、控制器模塊、傳感器模塊、通訊模塊、運動執(zhí)行模塊以及人機交互模塊，通訊模塊包括藍牙適配器，智能小車本體通過藍牙適配器與控制器和計算機通訊連接。

專利號 CN201520919939.8的實用新型公開了一種基于多傳感器的智能循跡小車控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動小車行走的直流電機和獲取小車前面路徑信息的圖像采集模塊，還包括核心控制模塊和驅(qū)動小車舵機工作的舵機轉(zhuǎn)向模塊，所述核心控制模塊根據(jù)圖像采集模塊的信息控制所述直流電機和舵機轉(zhuǎn)向模塊的工作，一電源模塊分別為直流電機、圖像采集模塊、核心控制模塊和舵機轉(zhuǎn)向模塊供電。

然而，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，循跡已廣泛應用于許多領(lǐng)域，從超級市場、車間，擴展到辦公室、賓館、自動化倉庫、醫(yī)院及配送中心，已成為工業(yè)自動化的主要標志之一。但是，目前的循跡小車整體制造成本較高，不易于維護和推廣應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在此提供一種智能循跡小車，該種小車制造成本低，且結(jié)構(gòu)簡單易于維護，通過單片機控制及電機驅(qū)動單元實現(xiàn)控制；適于推廣應用。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種智能循跡小車，包括上盤、底盤、左電機、右電機、電源控制單元、信號傳感單元、單片機控制及電機驅(qū)動單元；左電機、右電機分別位于底盤下方用于連接并驅(qū)動車輪；上盤與底盤之間通過銅連接柱固定連接；信號傳感單元為三組分別與單片機控制及電機驅(qū)動單元一起設置在上盤上方。該種小車具有工作穩(wěn)定、可靠性高、操作簡單以及易于維護等特點，能夠自動行走，實現(xiàn)運輸功能，可以為工業(yè)生產(chǎn)節(jié)省大量的時間和人力資源。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，循跡靈敏性高，轉(zhuǎn)向靈活且行走穩(wěn)定。

作為上述技術(shù)方案的改進，

所述一種智能循跡小車，所述底盤下方安裝有萬向輪，萬向輪9便于小車支撐和行走。

作為上述技術(shù)方案的改進，

所述一種智能循跡小車，信號傳感單元包括檢測傳感電路和電路安裝板；電路安裝板為L形，通過螺栓固定在上盤邊沿處；在這里采用L形的電路安裝板，其好處是能夠穩(wěn)定、快速的置于上盤邊沿處，為信息采集奠定基礎(chǔ)。

作為上述技術(shù)方案的改進，

所述一種智能循跡小車，所述電源控制單元分別與信號傳感單元和單片機控制及電機驅(qū)動單元連接；

其中，信號傳感單元的輸出端與單片機控制及電機驅(qū)動單元連接，由單片機控制及電機驅(qū)動單元實現(xiàn)輸出控制。

作為上述技術(shù)方案的改進，

所述一種智能循跡小車，所述電源控制單元包括LM2596集成電路；

其中，連接端P1經(jīng)過濾波電容C1和C3連接LM2596的電源輸入端VIN，LM2596將直流轉(zhuǎn)換為150KHz的高頻方波從LM2596的電源輸出端Output輸出；其中，輸出端Output連接有電感L1和濾波電容C2、C4，使其輸出的高頻方波一路經(jīng)過電感L1和C2、C4的濾波變?yōu)橹绷麟妷簭倪B接端P2口輸出，電感L1的后端連接電位器RP1，使其高頻方波經(jīng)過電位器RP1反饋到LM2596的反饋端Feedback，反饋信號同LM2596內(nèi)部基準穩(wěn)壓值1.23V進行比較；其中，LM2596的ON /OFF端接地。

作為上述技術(shù)方案的改進，

所述一種智能循跡小車，所述單片機控制及電機驅(qū)動單元中電機驅(qū)動部分包括TLP521-4光耦和雙路全橋驅(qū)動器L298兩部分；

用于接收單片機模塊P2.4-P2.7信號的模塊輸入端口P1與TLP521-4光耦的2、4、6、8腳連接，光耦的輸出信號分別與L298的IN1\IN2\IN3\IN4輸入端口連接；經(jīng)L298內(nèi)部電路處理后由2、3、13、14管腳將相位相反的兩個脈沖信號輸出給左右兩個電機，其中2、3端口控制左電機，13、14端口控制右電機，L298的6、11 兩個管腳為兩個輸出使能控制端，都接到高電平，使 L298 處于工作狀態(tài)；L298的9端口連接電源濾波電容C1、C2；L298的4端口連接電源濾波電容C3、C4；L298的2、3、13、14端連接有續(xù)流二極管D1-D8。

作為上述技術(shù)方案的改進，

所述一種智能循跡小車，所述信號傳感單元包括紅外對管ST188和LM393比較器兩部分，電源指示電路由電阻R1和發(fā)光二極管D1組成；

二極管D1與紅外對管ST188連接，紅外對管ST188的輸出端連接LM393比較器的3腳；LM393比較器的1端連接單片機，LM393比較器的1端還連接信號指示電路，信號指示電路由R4和D2串聯(lián)組成。

本實用新型的優(yōu)點在于：本實用新型提供一種智能循跡小車，相對于現(xiàn)有小車來講，具有如下優(yōu)點：

優(yōu)點1：本實用新型所述智能循跡小車包括上盤、底盤、左電機、右電機、電源控制單元、信號傳感單元、單片機控制及電機驅(qū)動單元；左電機、右電機分別位于底盤下方用于連接并驅(qū)動車輪；上盤與底盤之間通過銅連接柱固定連接；信號傳感單元為三組分別與單片機控制及電機驅(qū)動單元一起設置在上盤上方。該種小車具有工作穩(wěn)定、可靠性高、操作簡單以及易于維護等特點，能夠自動行走，實現(xiàn)運輸功能，可以為工業(yè)生產(chǎn)節(jié)省大量的時間和人力資源。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，循跡靈敏性高，轉(zhuǎn)向靈活且行走穩(wěn)定。

優(yōu)點2；本實用新型所述一種智能循跡小車，所述底盤下方安裝有萬向輪，便于小車支撐和行走；信號傳感單元包括檢測傳感電路和電路安裝板；電路安裝板為L形，通過螺栓固定在上盤邊沿處；在這里采用L形的電路安裝板，其好處是能夠穩(wěn)定、快速的置于上盤邊沿處，為信息采集奠定基礎(chǔ)。

優(yōu)點3：本實用新型單片機控制及電機驅(qū)動單元部分主要以單片機為控制核心，主要負責接受傳感器采集來的信息并對其進行相應的處理，處理后將結(jié)果傳送到驅(qū)動電路進行處理，實現(xiàn)對電機進行控制，從而實現(xiàn)小車的自動導引。

優(yōu)點4：本實用新型的實施所使用的元件價格均十分低廉，但卻具有工作穩(wěn)定、功能強大、精確度高、高效節(jié)能以及可適用實時控制等特點，能夠有效的提高生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1 是本實用新型智能循跡小車的整體結(jié)構(gòu)圖

圖2是本實用新型智能循跡小車側(cè)面示意圖

圖3是本實用新型底部示意圖

圖 4是DC-DC電壓模塊電氣原理圖

圖 5 是信號采集模塊電氣原理圖

圖 6 是單片機模塊電氣原理圖

圖 7 是電機驅(qū)動模塊電氣原理圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖1-圖7對本實用新型進行詳細說明，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

本實用新型通過改進提供一種智能循跡小車，如圖1-圖7所示；可以采用如下方式予以實施；一種智能循跡小車，包括上盤1、底盤2、左電機3、右電機4、電源控制單元5、信號傳感單元6、單片機控制及電機驅(qū)動單元7；左電機3、右電機4分別位于底盤2下方用于連接并驅(qū)動車輪；上盤1與底盤2之間通過銅連接柱8固定連接；信號傳感單元6為三組分別與單片機控制及電機驅(qū)動單元7一起設置在上盤1上方。

該種小車具有工作穩(wěn)定、可靠性高、操作簡單以及易于維護等特點，能夠自動行走，實現(xiàn)運輸功能，可以為工業(yè)生產(chǎn)節(jié)省大量的時間和人力資源。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，循跡靈敏性高，轉(zhuǎn)向靈活且行走穩(wěn)定。

本實用新型所述一種智能循跡小車，所述底盤2下方安裝有萬向輪9，便于小車支撐和行走。

本實用新型所述一種智能循跡小車，信號傳感單元6包括檢測傳感電路和電路安裝板；電路安裝板為L形，通過螺栓固定在上盤1邊沿處；在這里采用L形的電路安裝板，其好處是能夠穩(wěn)定、快速的置于上盤1邊沿處，為信息采集奠定基礎(chǔ)。

本實用新型所述一種智能循跡小車，所述電源控制單元5分別與信號傳感單元6和單片機控制及電機驅(qū)動單元7連接；其中，信號傳感單元6的輸出端與單片機控制及電機驅(qū)動單元7連接，由單片機控制及電機驅(qū)動單元7實現(xiàn)輸出控制。

本實用新型所述一種智能循跡小車，所述電源控制單元包括LM2596集成電路；其中，連接端P1經(jīng)過濾波電容C1和C3連接LM2596的電源輸入端VIN，LM2596將直流轉(zhuǎn)換為150KHz的高頻方波從LM2596的電源輸出端Output輸出；其中，輸出端Output連接有電感L1和濾波電容C2、C4，使其輸出的高頻方波一路經(jīng)過電感L1和C2、C4的濾波變?yōu)橹绷麟妷簭倪B接端P2口輸出，電感L1的后端連接電位器RP1，使其高頻方波經(jīng)過電位器RP1反饋到LM2596的反饋端Feedback，反饋信號同LM2596內(nèi)部基準穩(wěn)壓值1.23V進行比較；其中，LM2596的ON /OFF端接地。

本實用新型所述一種智能循跡小車，所述單片機控制及電機驅(qū)動單元中電機驅(qū)動部分包括TLP521-4光耦和雙路全橋驅(qū)動器L298兩部分；用于接收單片機模塊P2.4-P2.7信號的模塊輸入端口P1與TLP521-4光耦的2、4、6、8腳連接，光耦的輸出信號分別與L298的IN1\IN2\IN3\IN4輸入端口連接；經(jīng)L298內(nèi)部電路處理后由2、3、13、14管腳將相位相反的兩個脈沖信號輸出給左右兩個電機，其中2、3端口控制左電機，13、14端口控制右電機，L298的6、11 兩個管腳為兩個輸出使能控制端，都接到高電平，使 L298 處于工作狀態(tài)；L298的9端口連接電源濾波電容C1、C2；L298的4端口連接電源濾波電容C3、C4；L298的2、3、13、14端連接有續(xù)流二極管D1-D8。

本實用新型所述一種智能循跡小車，所述信號傳感單元包括紅外對管ST188和LM393比較器兩部分，電源指示電路由電阻R1和發(fā)光二極管D1組成；二極管D1與紅外對管ST188連接，紅外對管ST188的輸出端連接LM393比較器的3腳；LM393比較器的1端連接單片機，LM393比較器的1端還連接信號指示電路，信號指示電路由R4和D2串聯(lián)組成。

如圖4所示：電源控制單元以LM2596集成電路為核心設計，能夠輸出3A的驅(qū)動電流，可調(diào)輸出電壓范圍1.2V～40V，±4%，同時具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。由于該器件可以使用通用的標準電感，極大地簡化了開關(guān)電源電路的設計。

管腳功能：

VIN——正輸入端，在這個管腳處必須加一個適當?shù)妮斎肱月冯娙輥頊p小暫態(tài)電壓，同時為LM2596提供所需的開關(guān)電流。

GND—— 接地端。

Output——輸出端，這個腳上的電壓可在（+VIN-VSAT）和-0.5V（大約）間轉(zhuǎn)換。為了減小耦合，PCB上連接到該腳的銅線區(qū)域要盡量小。

Feedback——反饋端，這個管腳把輸出端的電壓反饋到閉環(huán)反饋回路。

ON /OFF——這個管腳可以利用邏輯電平把LM2596切斷，使輸入電流就降到大約80μA。將這個管腳的電壓下拉到低于大約1.3V時，LM2596就被打開；而上拉到高于1.3V（最大到25V）時，LM2596就被關(guān)斷。如果不需要使用這個功能，就可以把這個管腳接地或開路，使IC處于打開的狀態(tài)。

工作過程：9V～40V直流電壓從P1輸入，經(jīng)過C1和C3的電源濾波后，進入LM2596的電源輸入端（VIN），LM2596將直流轉(zhuǎn)換為150KHz的高頻方波從LM2596的電源輸出端（Output）輸出，輸出的高頻方波一路經(jīng)過L1和C2、C4的濾波變?yōu)橹绷麟妷簭腜2口輸出，另一路高頻方波經(jīng)過電位器RP1反饋到LM2596的反饋端（Feedback），反饋信號同LM2596內(nèi)部基準穩(wěn)壓值1.23V進行比較，若檢測到電壓有差值，則通過放大器調(diào)節(jié)去芯片內(nèi)部振蕩器的輸出占空比，從而穩(wěn)定輸出電壓。本系統(tǒng)需要設計輸出電壓連續(xù)可調(diào)，因此RP1采用精密可調(diào)電阻即可達到設計目標。由于是長期工作，因此LM2596的ON /OFF端接地。

如圖5所示：信號傳感單元是由信號采集模塊上的紅外對管對地上的黑色標線檢測，發(fā)射管不斷發(fā)射紅外光到路面上，根據(jù)紅外光落在黑、白區(qū)域的反光程度不同而導致接收管接收到的紅外信號的微弱不同，使接收管產(chǎn)生的信號不同，通過LM393比較器從而產(chǎn)生 “0” 或 “1” 的脈沖送入單片機。

信號傳感單元是以紅外對管ST188和LM393比較器為核心設計的。

紅外對管ST188 特點：

1、采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。

2、檢測距離可調(diào)整范圍大，4-13mm可用。

3、采用非接觸檢測方式。

工作過程：如果接收管接收到反射回來的紅外線，紅外接收頭導通，E管腳輸出高電平，接近Vcc；如果沒有接收到反射回來的紅外線，紅外接收頭不導通，E管腳輸出低電平，接近GND；

比較器LM393特點：

LM393是雙電壓比較器集成電路。

工作溫度范圍:0°C -- +70°C

工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～ 36V，雙電源：±1～±18V；共模輸入電壓范圍寬， VIC=0～VCC-1.5V；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；

輸出可以用開路集電極連接“或”門；

采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）。

工作過程：電路R1和D1組成電源指示電路，當有電源時D1就會發(fā)光；紅外對管D2（ST188）通電后發(fā)射管不斷發(fā)射紅外光到路面上，根據(jù)紅外光落在黑、白區(qū)域的反光程度不同而導致接收管接收到的紅外信號的微弱不同。當紅外光落在黑區(qū)域時，反射光弱，光敏晶體管截止，LM393的3腳為高電平；當紅外光落在白區(qū)域時，反射光強，光敏晶體管導通，LM393的3腳為低電平；D2（ST188）產(chǎn)生的信號輸入到LM393的3腳。LM393為比較器電路，即LM393的3腳電壓和2腳電壓進行比較：當U₃> U₂時，Uout=5V；當U₃< U₂時，Uout=0V；R4和D2組成信號指示電路，當Uout=0V時D2發(fā)光。

紅外對管D2（ST188）通過對地上的黑色標線檢測，發(fā)射管不斷發(fā)射紅外光到路面上，使接收管產(chǎn)生的信號不同，通過LM393比較器從而產(chǎn)生 “0” 或 “1” 的脈沖送入單片機。

如圖6所示：單片機控制模塊主要對信號采集模塊送進來的脈沖信號進行處理，然后產(chǎn)生控制信號輸出。具體實施時，P1.0-P1.4作為五路檢測信號輸入端與信號采集模塊相連，檢測的信號送入P1.0-P1.4。信號輸出端為P2.4-P2.7。

單片機通過P1來讀取傳感器信息，P2口高四位來控制電機從而產(chǎn)生前進、后退、停止、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)動作。

注：小車動作與P2口高四位輸出電平可能并不對應，這些與傳感器接的順序，電機接的順序已經(jīng)程序中端口設定的順序有很大關(guān)系。如：P2輸出0xa0，圖中為前進，將電機連接順序換下接后，小車動作可能是后退。

如圖7所示：電機驅(qū)動模塊是以TLP521-4光耦和雙路全橋驅(qū)動器L298為核心設計的。

TLP521-4是光耦合器件，功耗150mW，隔離電壓為2500 Vrms，保護因電機啟動停止瞬間產(chǎn)生的尖峰脈沖對主控制器的影響?？稍鰪婋娐返陌踩裕瑴p小電壓的干擾。

雙路全橋驅(qū)動器L298特點：

L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。

工作過程：從單片機模塊P2.4-P2.7來的信號，通過模塊輸入端口P1，分別進入TLP521-4光耦2、4、6、8腳，光耦的輸出信號分別送入L298的IN1\IN2\IN3\IN4輸入端口，經(jīng)L298內(nèi)部電路處理后由2、3、13、14管腳將相位相反的兩個脈沖信號輸出給左右兩個電機，其中2、3端口控制一電機，13、14端口控制另一個電機，當脈沖信號的正脈寬大于負脈寬信號時，得到正相平均電壓，電機正相旋轉(zhuǎn)， 開始執(zhí)行前進功能，相反，如果負脈沖信號大于正脈沖信號，則其執(zhí)行后退功能 ；同樣，單片機送出的脈沖信號送入 L298 處理后，若一邊為正脈沖信號、一邊為負脈沖信號時，則一電機前正轉(zhuǎn)，另一電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)左右轉(zhuǎn)彎的功能。若L298輸出為低電平，則左右兩個電機都不動。L298的6、11 兩個管腳為兩個輸出使能控制端，都接到高電平，使 L298 處于工作狀態(tài)。

D1-D8為續(xù)流二極管-IN4007；C1-C4為電源濾波。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。