基于模块化控制的多功能智能小车设计

　　由于使用了硅光电池采样方案，系统的灵敏度可以被有效调节。程序设定只有当采样电压达到了某一规定值时，才来比较三路采样电压。调整这一规定电压值就可以改变系统的趋光灵敏度了，根据环境设定合适的规定值就能较好的避开环境光的干扰。

　　1.6 测距模块

　　在电机的转轴上安装两块小磁铁，并将霍尔传感器固定在转轴正上方的车身上，当电机转动，磁铁经过霍尔元件时，霍尔传感器的输出端就会产生电频跳变，通过记录电频跳变的次数N,即可根据行驶距离公式L2=（N × 2πR）/ 2 测量出小车行驶的距离。其中R表示车轮半径。所测距离可通过液晶屏显示出来。

　　2 软件设计

　　在硬件设计基础上，通过在单片机中烧写程序来控制小车功能的实现。本系统中采用模块化控制方法，将各个独立的功能作为一个独立的子程序，在主程序中按照逻辑顺序来调用各子程序。这样使得程序条理清晰，提高了程序的执行效率，也便于程序修改和调试，主程序设计流程如图2所示。

　　如循迹模块中所述，在程序1 中，采用模糊控制算法，控制小车沿着轨道行驶，不至于失控。子程序2判断小车与障碍物间的距离，控制小车转弯避障。子程序3 根据硅光电池采集的光照强度，控制小车左右轮转动，确保小车进库成功。程序采用动态扫描，实时监测，使得小车一直处于动态调整中。

　　3 实物测试及结果分析

　　为了测试小车的性能，按照比赛要求为小车设计了如图3所示的小车赛道。测试地点选择在四周较开阔、自然光较弱的地方，小车从起点沿着黑色的牵引线行走，离开牵引线后避开障碍物，开始趋光进库。在牵引线下方放有若干枚用于检测的硬币，小车经过时检测到硬币并报警，将记录的硬币个数显示到液晶屏上。

　　由于在寻迹模块的硬件设计中加入了灵敏度调节，并在软件设计中采取了模糊控制算法，因此，小车寻迹测试结果比较理想，能按照设计路线行驶。测试结果如表1所示。

　　在避障模块中，由于超声波模块对反射物体的形状和表面积都有要求，当放置的障碍物不满足要求时，就会接收不到反射信号，造成避障失败。同时在测试时周围还站有人，也能形成反射源，对测试造成干扰。测试结果如表2所示。表3所示为趋光模块测试结果。

　　趋光模块采用硅光电池采样，具有连续可变的无极比较，比目前广泛使用的光敏电阻只比较高低电平更灵敏精确，从而提高了系统的准确性。但同光敏电阻一样自然光的影响不能完全避免，因此仍然不能达到100%的准确。

　　4 结语

　　本系统使用一片8 位单片机，采用模块化设计思想，实现了智能小车多功能的设计。设计时将多种传感器综合到一个系统中，并把采集到的多路信号送入单片机进行分析处理、作出判断。

　　同时，系统还设计了友好的人机交换界面，可方便地读出检测到的金属片数量、行驶路程和行驶时间。由于运用模块化控制方法，各模块相互影响较小，因此还可对系统进行二次开发，在本系统上增加更多模块，实现其他扩展功能，例如在系统上增加语音芯片，可实现语音播报功能；加上摄像头和无线模块可实现小车的探测功能等