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摘要：本设计是针对2011年江苏省大学生实践创新项目而设计的导游机器人系统。整个系统以LM3S1607为处理器对采集数据进行处理并通过其控制小车电机的工作，采用光电传感器作为小车循迹模块，使小车可以在既定道路上顺利行驶。实验结果证明本系统能够平稳、快速的在预定场地上运行，并具有结构简单、容易实现的特点。
关键词：嵌入式；Cortex-M3；循迹；ARM
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 20-0000-02
1 引言
随着信息技术与机械自动化技术的发展越来越快，智能化机器人作为二者结合的产物也开始渗透到人们生产、生活的各个方面，大量的使用智能化的机器人提高了人们的工作效率，提升了人们的生活质量。
本设计使用Cortex-M3处理器作为智能小车的控制器，并通过通关软硬件的设计使智能小车可以按照事先规划好的路线行进，自动检测偏离并进行修正。
2 循迹小车的系统结构
由于循迹小车主要任务是能够循着事先铺设的引导线条行驶，故设计循迹小车的具体结构如图1所示。其主要结构分为四个部分：电源管理、传感检测系统、微控制器、直流电机。
（1）电源管理模块
此模块由电源与稳压电路组成，目的是向各个模块供电。
（2）传感检测系统模块
此模块用于寻找轨迹，使小车能在规定的路线上前进。
常见的轨迹采集方式不外乎灰度传感器和CCD传感器。CCD传感器可以获取大量图片信息，完整的掌握整个路面情况且具有极强的抗干扰能力，但对于本项目，由于处理CCD传感器采集的图像需要大量的运算，并提供较大的存储，特别是成本较高，实现起来较为困难。其更适合使用在精确分析的场合。
灰度传感器使用的是光电转换原理，其获取数据方式简单、快捷，且设备成本低廉，没有复杂的图像处理任务也降低了处理器的负载，而抗干扰性能较弱的问题也在改为使用有源传感器后得到了解决。本项目中，通过铺设的线路为使用了灰度传感器的小车提供参照是完全可以实现的。
同时，为了使小车能够发现障碍物，在小车上还使用了红外接近开关，这是一种集发射与接收于一体的光电开关传感器，其检测距离可以根据要求进行调节，探测范围3cm-80cm。。
小车共安装了8个灰度传感器和2个红外接近开关，其中8个灰度传感器分头尾两边，每边等距安装4个，如图2所示，2个红外接近开关则分别安装在头尾车架上。小车放置时需将引导线置于小车中部，纵向穿过小车，保证其处于小车的头2、3号传感器之间。
（3）微控制器模块
此模块使用LM3S1607处理器，用于处理传感器传入数据和控制直流电机模块的运转。微控制器从传感检测系统中获取数据后与当前程序中预设定的值进行对比，以此判断当前小车所处的位置及状态，依据此判断并根据预定程序，控制直流电机模块的运行。
（4）直流电机模块
此模块主要作为小车的动力系统。小车的进退、转向、急停等功能都由此模块提供。
系统运行过程如下：引导线是小车跟踪的目标，系统上电后，小车通过检测系统检测出小车相对于所要跟踪路径的相对位置，再将此信息输入到微处理器中，微处理器将此信息进行处理后将控制命令输出到直流电机，控制小车的位置和速度，保证小车快速平稳地沿预先设定好的路线行驶。
3 循迹小车软件总体设计
系统软件分成七个部分：主程序、头尾直行模块、头尾左转模块、头尾右转模块。由于小车本身并不分头尾，只是为了控制方便设置了头尾，故在此以头部为例进行研究。
直行模块：直行是小车最常见的运行状态，由分布在小车头部2、3号和尾部2、3号，共四个灰度传感器同时监测小车的运行状态。由于引导线与周围环境颜色有别，四个灰度传感器只需要将各自的即时值传到处理器，处理器将其与预设值比较，即可发现小车是否处于正确行使状态，并可根据具体情况予以纠正。以白色引导线为例，其运行过程如下图3：
左转模块：当小车行使至左转岔路口时，其左边必然存在引导线，此时小车头部的1号灰度传感器将照在引导线上，其值变化，处理器可以根据此变化判断小车已到达路口，并控制电机使小车停止。由于惯性，小车完全停止时，其头部已经越过左侧引导线，所以开始左转后，1、2号传感器将先后由离开引导线变为到达引导线，最后再离开引导线，当2号传感器离开引导线、且3号未到达引导线时，即可认为小车已完成转向，其运行过程如图4所示。
小车右转与左转类似，依靠4号传感器判断右转路口，使用3、4两个传感器完成转向。主程序根据不同路况通过调用直行、左右转等动作完成整个循迹过程。
4 结语
本文设计了一种循迹小车系统，详细阐述了循迹原理、软硬件设计及制作过程，并分析了实现循迹小车几种基本动作的方法。该循迹小车系统的设计方案可供循迹类小车整体设计时参考。
参考文献：
[1]杨红，李生明，袁明月.智能寻迹消防小车设计[J].清远职业技术学院学报，2011，12.
[2]王伟，陈慧，刁增祥，等.基于光电导航无人驾驶电动汽车自动循迹控制系统研究[J].汽车工程，2008，30（2）：137-140.
[3]徐健.嵌入式小车循迹控制系统[J].装备制造技术，2012，5：53-54.
[4]杨利兵，严新平，吴超仲，等.磁道钉导航控制系统研究[J].武汉理工大学学报，2002，26（4）：454-456.
[5]高月华.基于红外光电传感器的智能车自动循迹系统设计[J].半导体光电，2009，8（1）：22-24.
关键词：嵌入式；Cortex-M3；循迹；ARM
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 20-0000-02
1 引言
随着信息技术与机械自动化技术的发展越来越快，智能化机器人作为二者结合的产物也开始渗透到人们生产、生活的各个方面，大量的使用智能化的机器人提高了人们的工作效率，提升了人们的生活质量。
本设计使用Cortex-M3处理器作为智能小车的控制器，并通过通关软硬件的设计使智能小车可以按照事先规划好的路线行进，自动检测偏离并进行修正。
2 循迹小车的系统结构
由于循迹小车主要任务是能够循着事先铺设的引导线条行驶，故设计循迹小车的具体结构如图1所示。其主要结构分为四个部分：电源管理、传感检测系统、微控制器、直流电机。
（1）电源管理模块
此模块由电源与稳压电路组成，目的是向各个模块供电。
（2）传感检测系统模块
此模块用于寻找轨迹，使小车能在规定的路线上前进。
常见的轨迹采集方式不外乎灰度传感器和CCD传感器。CCD传感器可以获取大量图片信息，完整的掌握整个路面情况且具有极强的抗干扰能力，但对于本项目，由于处理CCD传感器采集的图像需要大量的运算，并提供较大的存储，特别是成本较高，实现起来较为困难。其更适合使用在精确分析的场合。
灰度传感器使用的是光电转换原理，其获取数据方式简单、快捷，且设备成本低廉，没有复杂的图像处理任务也降低了处理器的负载，而抗干扰性能较弱的问题也在改为使用有源传感器后得到了解决。本项目中，通过铺设的线路为使用了灰度传感器的小车提供参照是完全可以实现的。
同时，为了使小车能够发现障碍物，在小车上还使用了红外接近开关，这是一种集发射与接收于一体的光电开关传感器，其检测距离可以根据要求进行调节，探测范围3cm-80cm。。
小车共安装了8个灰度传感器和2个红外接近开关，其中8个灰度传感器分头尾两边，每边等距安装4个，如图2所示，2个红外接近开关则分别安装在头尾车架上。小车放置时需将引导线置于小车中部，纵向穿过小车，保证其处于小车的头2、3号传感器之间。
（3）微控制器模块
此模块使用LM3S1607处理器，用于处理传感器传入数据和控制直流电机模块的运转。微控制器从传感检测系统中获取数据后与当前程序中预设定的值进行对比，以此判断当前小车所处的位置及状态，依据此判断并根据预定程序，控制直流电机模块的运行。
（4）直流电机模块
此模块主要作为小车的动力系统。小车的进退、转向、急停等功能都由此模块提供。
系统运行过程如下：引导线是小车跟踪的目标，系统上电后，小车通过检测系统检测出小车相对于所要跟踪路径的相对位置，再将此信息输入到微处理器中，微处理器将此信息进行处理后将控制命令输出到直流电机，控制小车的位置和速度，保证小车快速平稳地沿预先设定好的路线行驶。
3 循迹小车软件总体设计
系统软件分成七个部分：主程序、头尾直行模块、头尾左转模块、头尾右转模块。由于小车本身并不分头尾，只是为了控制方便设置了头尾，故在此以头部为例进行研究。
直行模块：直行是小车最常见的运行状态，由分布在小车头部2、3号和尾部2、3号，共四个灰度传感器同时监测小车的运行状态。由于引导线与周围环境颜色有别，四个灰度传感器只需要将各自的即时值传到处理器，处理器将其与预设值比较，即可发现小车是否处于正确行使状态，并可根据具体情况予以纠正。以白色引导线为例，其运行过程如下图3：
左转模块：当小车行使至左转岔路口时，其左边必然存在引导线，此时小车头部的1号灰度传感器将照在引导线上，其值变化，处理器可以根据此变化判断小车已到达路口，并控制电机使小车停止。由于惯性，小车完全停止时，其头部已经越过左侧引导线，所以开始左转后，1、2号传感器将先后由离开引导线变为到达引导线，最后再离开引导线，当2号传感器离开引导线、且3号未到达引导线时，即可认为小车已完成转向，其运行过程如图4所示。
小车右转与左转类似，依靠4号传感器判断右转路口，使用3、4两个传感器完成转向。主程序根据不同路况通过调用直行、左右转等动作完成整个循迹过程。
4 结语
本文设计了一种循迹小车系统，详细阐述了循迹原理、软硬件设计及制作过程，并分析了实现循迹小车几种基本动作的方法。该循迹小车系统的设计方案可供循迹类小车整体设计时参考。
参考文献：
[1]杨红，李生明，袁明月.智能寻迹消防小车设计[J].清远职业技术学院学报，2011，12.
[2]王伟，陈慧，刁增祥，等.基于光电导航无人驾驶电动汽车自动循迹控制系统研究[J].汽车工程，2008，30（2）：137-140.
[3]徐健.嵌入式小车循迹控制系统[J].装备制造技术，2012，5：53-54.
[4]杨利兵，严新平，吴超仲，等.磁道钉导航控制系统研究[J].武汉理工大学学报，2002，26（4）：454-456.
[5]高月华.基于红外光电传感器的智能车自动循迹系统设计[J].半导体光电，2009，8（1）：22-24.