从零开始做循迹小车-0-项目总览

Posted 2021-01-17 liangda

循迹小车也算是很经典的单片机开发项目了，作为入门项目正合适。这一篇随笔大概写循迹小车的组成部分，之后的随笔就根据这些组成部分来写知识储备，最后写项目实现。

循迹小车组成部分可以做一个分类，分为：传感器部分，控制器部分，动作器部分。大概工作流程就跟下图差不多：

  

　　看（传感器）　　　　　　　　　　　　　　想（控制器）　　　　　　　　　　　　　动（动作器）

一、传感器部分：

　　传感器是什么？以人为例，传感器就是人的眼睛，耳朵，鼻子等可以感应外界事物的器官。那对于循迹小车来说，传感器可以是感知线路的元器件，可以是检测轮子转速/路程的元器件，可以是检测小车姿态的元器件等等。采用什么样的传感器，决定于循迹小车的要求。这里先介绍做简单的循迹小车，假设路线都是在水平面上的，没有斜坡或者障碍，而且没有交叉路口，直角弯，锐角弯之类的，就跟下面这个跑道一样：

　　那我们就只是感知线路就行了，对姿态控制和检测轮子转速/路程就没什么要求了。既然是从零开始做，那就先走好这个路线。对于之后的交叉路口，直角弯什么的，就在这个基础上再拓展。

　　再来看怎么做到感知线路。上图中跑道和背景的最大的区别是什么？显然是颜色，黑白分明。这里我们换一种说法，灰度，黑色的程度。我们这里假定：颜色越黑，灰度值越小。可能会有疑问，那彩色图怎么办，那可真是个小机灵鬼，自己百度一下，这里不拓展，大概内容和饱和度有关。

　　问题又变成了，哪些东西可以检测灰度？循迹用途的灰度传感器一般有：红外灰度传感器，线性CCD传感器，摄像头等等。这几种也是各有优缺点了，先看最简单的红外灰度传感器。淘宝上常见的红外灰度传感器有下列这些：

 

 

 　　外形好像相差很远，其实原理是大同小异的，具体原理我们后面再说，后面还有控制器和动作器呢。

 

 

 二、控制器部分：

 　　控制器也是多种多样了。循迹任务比较简单，就采用了mcu（单片机）作为控制器。单片机又是多种多样的，各种架构，各种厂商，既然是从零开始，先用51单片机吧，虽然性价比有点低，但是容易学，到了后面比较复杂的情况，51可能会捉襟见肘，但是应付上图那个路线图还是可以的。51单片机大概长得跟下图差不多：

　　别看他们长得有长条的，有四方的，生产公司有STC的，有AT的，其实用起来是差不多的。

 

三、动作器

　　循迹小车的动作就比较简单啦，不是前后就是左右，就是控制电机的正反转或者转速。划重点，电机！电机的种类就比较多了，有直流有刷电机，直流无刷电机，交流同步电机，交流异步电机，交流鼠笼式异步电机，交流绕线式异步电机，单相异步电机，三相异步电机。。。学完这些，机电传动都要学完了，从零开始做了解这些干嘛，能动就行啦，所以我们选直流电机吧，大概是下面这些模样：

 

　　直流电机通俗点说就是，接电池就会转的电机。我们小时候玩的四驱车玩具的电机就是直流电机（130直流电机）。再进一步，直流电机一般来说，转速都有上千转每分钟，假设我们小车的轮子周长为20厘米，电机转速每分钟1000转，那小车的速度就是20*1000=20000cm/分钟，也就是333cm/秒。宿舍地砖是40cm每格，那1秒就是8格砖。emmmm，如果电机转速是2000转呢，每秒16格砖！这是要做飞思卡尔吗，从零开始并不会做这么快的，打扰了。那有什么办法减速？减速直流电机了解一下。其实也就是用齿轮组，将高转速小力气电机变成低转速大力气电机。直流减速电机=直流电机+减速器，就这么简单。样子大概跟下图差不多：

 

 

　　我们选第三张图里面那种黄黄的，为什么选这么丑的？因为便宜。

四、总结

　　上面简略说了循迹小车的几个部分，好像真的很简略。先有个认知吧，传感器，控制器，动作器。对应红外灰度传感器，51单片机，直流减速电机。下面会拆分开来详细说的。