基于光电传感器的智能化自循迹小车控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于光电传感器的智能化自循迹小车控制系统，该控制系统将基于光电传感器和语音识别技术相结合，采用凌阳１６位单片机ＳＰＣＥ０６１Ａ作为系统控制处理器，以反射式红外光电传感器获取路径信息，根据路径信息中黑线的位置来调整小车的运动方向及速度，从而实现自循迹功能，而且结合ＳＰＣＥ０６１Ａ片内资源，编写了语音处理ＡＰＩ函数，实现语音人机交互的智能化控制；该控制系统结构简单，体积小，可实现小车运行灵活，且运行可靠稳定；该控制系统还可以应用于残障人智能轮椅、服务机器人、无人驾驶机动车、无人生产线、仓库等领域。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种小车控制系统，尤其涉及一种基于光电传感器的智能化自循 迹小车控制系统。
技术介绍
作为20世纪的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。智能小 车，也就是轮式机器人，主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感 器信息融合、实时自适应导航控制等功能。但现有技术中的智能机器人，其循迹并没有完全正确地采集和识别，易造成舵机 不能精确、及时的转向，导致模型车严重抖动甚至偏离赛道；且对语音识别控制不强，无法 准确、及时的进行智能识别；同时也存在结构复杂，体积大，运行不灵活等缺陷。
技术实现思路
针对现有技术中的不足之处，本技术提供了一种将红外光电传感器应用于路 径识别，同时具有语音控制功能的基于光电传感器的智能化自循迹小车控制系统。该控制 系统的红外光电传感器结构简单，形式灵活，体积小，可实现非接触采集和识别轨迹信息等 优点。本技术提供的基于光电传感器的智能化自循迹小车控制系统，包括SPCE061A 单片机、电源模块、光电传感器、电机驱动模块和语音识别控制模块；所述光电传感器用于 采集小车运行的道路信息，并将该信息输入SPCE061A单片机；所述SPCE061A单片机通 过电机驱动模块控制小车的舵机转向和直流电机的速度；所述电源模块向光电传感器、 SPCE061A单片机和电机驱动模块供电；所述语音识别控制模块包括音频输入模块和音频 输出模块，所述音频输入模块包括设在SPCE061A单片机上的MICP引脚端口和MICN引脚 端口，所述MICP引脚端口和MICN引脚端口把随着麦克风输入的声音产生变化的波形在这 两个端口处形成两路反相的波形送到SPCE061A芯片内部的第一级运算放大器进行音频放 大，放大的语音信号经ADC转换后输入SPCE061A单片机进行处理；所述音频输出模块采用 SPY0030A芯片，所述SPY0030A芯片上设有与播放设备外接的连接端口。进一步，所述光电传感器由多个发光二极管和接收二极管组成，一个发光二极管 与一个接收二极管对应。再进一步，所述光电传感器采用红外光电传感器，设置与小车同步运行的单排多 个等间距排列的红外光电传感器，红外光电传感器间隔为1.5cm，离地高度为1cm，且红外 光电传感器与地面成一定的夹角。与现有技术相比，本技术的基于光电传感器的智能化自循迹小车控制系统具 有如下优点1、该控制系统采用光电传感器进行非接触路径的采集和识别，采集和识别的数 据及时、准确，避免了转向电机控制不当而造成模型车严重抖动甚至偏离赛道的现象。2、该控制系统将SPCE061A单片机和语音识别控制模块相结合，实现语音人机交 互的智能化控制。3、该控制系统结构简单，体积小，可实现小车运行灵活，且运行可靠稳定。4、该控制系统还可应用于残障人智能轮椅、服务机器人、无人驾驶机动车、无人生 产线、仓库等领域。附图说明图1为智能小车控制系统的结构框图；图2为电源模块的结构框图；图3为TCRT5000内部电路图；图4为光电传感器发光示意图；图5为光电传感器TCRT5000电路图；图6为主程序流程图；图7为语音识别流程图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细地描述。如图1、2所示，基于光电传感器的智能化自循迹小车控制系统包括SPCE061A单 片机、电源模块、光电传感器、电机驱动模块和语音识别控制模块。光电传感器用于采集小 车运行的道路信息，并将该信息输入SPCE061A单片机。SPCE061A单片机通过电机驱动模 块控制小车的舵机转向和直流电机的速度。电源模块向光电传感器、SPCE061A单片机和电 机驱动模块供电。语音识别控制模块包括音频输入模块和音频输出模块，音频输入模块包 括设在SPCE06IA单片机上的MICP引脚端口和MICN引脚端口，MICP引脚端口和MICN引脚 端口把随着麦克风输入的声音产生变化的波形在这两个端口处形成两路反相的波形送到 SPCE061A芯片内部的第一级运算放大器进行音频放大，放大的语音信号经ADC转换后输入 SPCE061A单片机进行处理；音频输出模块采用SPY0030A芯片，所述SPY0030A芯片上设有 与播放设备外接的连接端口。SPCE061A单片机通过光电传感器采集道路信息，根据算法分析得出此时的智能小 车与道路的偏离状况，然后再据此采用一定的控制算法控制智能车的舵机转向和直流电机 的速度，从而实现智能车对路径的自动识别与循迹。一、下面根据该控制系统的结构框图(如图1、2)，分别介绍各功能模块SPCEO6IA 单片机该控制系统采用高性能16位SPCE061A单片机作为控制核心。SPCE061A单片机采 用3. 3伏供电，最大工作速率49. 152MHZ，内有32位通用可编程输入/输出端口，I字SRAM， 32K FLASH, 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器，2个16位可 编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)，声音模-数转换器输入通道内置麦克风放 大器和自动增益控制(AGC)功能，内置在线仿真电路ICE (In-Circuit Emulator)接口，具 备串行设备接口，可编程音频处理；使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2. 4K位/秒)，能 容纳210秒的语音数据。考虑到智能小车自主循迹和语音识别功能，在设计和制作智能车的时候，选择了 其中的一部分作为输入输出端口。这里IOA 口的一部分作为传感器的输出信号的输入端 口，一部分作为按键输入；IOB 口一部分驱动电机驱动板的控制端口，其中APWMO和BPWMO 控制舵机。电源模块智能小车的总电源采用7. 2伏的镍铬电池供电。该控制系统选定SPY0029A (低 压差)三端稳压芯片为3. 3V稳压芯片，输出作为单片机及外围电路电源；选定5V的UC940 (低压差)为稳压芯片，输出作为传感器电源；舵机和直流电机直接采用7. 2V电源供电。光电传感器模块该控制系统的光电传感器(即路径识别电路)由一系列发光二极管、接收二极管组 成，一个发光二极管和一个接收二极管构成一对，这也相等于摄像头的一个像素。当红外线 照射到白色地面时会有较大的反射，如果光电对管与反射面的距离取值合适，红外接收管 接收到反射回的红外线强度就较大；如果红外线照射到黑色标志线，黑色标志线会吸收大 部分红外光，红外接收管接收到红外线强度就很弱。这样，利用红外光电传感器检测智能小 车行驶道路上的黑色标志线，就可以实现智能小车的自动循迹。 本实施例中的光电传感器采用TCRT5000型红外光电传感器，其内部电路如图3所7J\ ο本实施例中，设置与小车同步运行的单排共7个、且等间距排列的红外光电传感 器，传感器间隔为1. 5cm，离地高度为1cm，红外光电传感器与地面成一定的夹角，以此来提 高前瞻性。如此设置是因为实际上红外光电传感器发出的红外光是一些锥形的光线，而不 是一条直线，红外光电传感器的发光示意图如图4所示。经测试证明红外光电传感器间隔 为1. 5cm，高度为Icm时，各红外光电传感器间没有出现死区。而且也便于安装，红外光电传 感器的数量和空间位置设置是合理的和可行的。光电传感器要输出高低两种电平来表示白色路面和黑色导引线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光电传感器的智能化自循迹小车控制系统，其特征在于：包括ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机、电源模块、光电传感器、电机驱动模块和语音识别控制模块；　　所述光电传感器用于采集小车运行的道路信息，并将该信息输入ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机；　　所述ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机通过电机驱动模块控制小车的舵机转向和直流电机的速度；　　所述电源模块向光电传感器、ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机和电机驱动模块供电；　　所述语音识别控制模块包括音频输入模块和音频输出模块，所述音频输入模块包括设在ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机上的ＭＩＣＰ引脚端口和ＭＩＣＮ引脚端口，所述ＭＩＣＰ引脚端口和ＭＩＣＮ引脚端口把随着麦克风输入的声音产生变化的波形在这两个端口处形成两路反相的波形送到ＳＰＣＥ０６１Ａ芯片内部的第一级运算放大器进行音频放大，放大的语音信号经ＡＤＣ转换后输入ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机进行处理；所述音频输出模块采用ＳＰＹ００３０Ａ芯片，所述ＳＰＹ００３０Ａ芯片上设有与播放设备外接的连接端口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新科，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：实用新型
国别省市：85[]