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摘要：自动循迹智能小车利用传感器LDC1314扫描式检测，并将检测信号送至12单片机进行处理，从而准确控制直流电机的速度及声光系统，实现按铁丝轨道循迹并检测硬币。同时采用编码器实现对电机转速的检测，将信号送至单片机进行运算，得到行驶距离，并和时间一起在LCD显示屏上实时显示。经测试，系统具有良好的自适应性，循迹稳定，硬币识别准确，实时显示距离及时间效果好，实现了预设提出的各项要求。
关键词：STC12LE5A60S2；LDC1314；直流电机；舵机
1 引言
国外很多高校和科研机构研究智能车较早，已有许多技术成熟的产品，我国进行智能车的研究起步较晚，但经济的快速发展必将为智能车的研究提供一个更加广阔的前景。通过应用自动控制原理、运动控制系统和传感器技术等相关知识，设计了一个对金属轨道自动循迹和识别硬币的小车控制系统。该设计以C12单片机作为控制核心，使用金属传感器 LDC1314和测速光电编码器来采集相关的数据信息，对智能小车进行了硬软件设计，实现了小车沿着金属轨道快速直行、转弯、测距和记时及识别硬币的功能。
2 系统的方案论证
本设计制作了一個自动循迹智能小车，该小车在规定的直径为0.6～0.9mm的细铁丝跑道上自动循迹前进，同时显示小车行驶的距离和时间，并对跑道上任意放置的硬币进行检测并发出提示音。跑道示意图如图1所示，图中所有圆弧的半径均为为20cm±2cm。根据预设的目标要求，对系统方案进行了详细的比较论证，具体如下：
2.1电机选择
方案一：选择步进电机。步进电机与其他设备进行接口方便，它的精度较好，在执行过程中没有累计误差，且步进电机的步数是通过脉冲数量来控制的，因此它定位较精准，但反应速度却不是特别快。
方案二：选择普通直流电机。其定位虽不及步进电机精准，但速度很容易控制，且反应快，但本次设计要求对小车行驶的距离进行显示，如果选用普通直流电机，需加测速模块，增加了硬件电路设计的复杂性。
方案三：选择直流电机外加编码器测速。简化了硬件设计，且同时具有普通直流电机的优势。因此，选择方案三，电机具体型号为540，驱动采用RZ7886芯片驱动模块实现，测速用E6A2-CW3C编码器实现。
2.2传感器选择
（1）本次设计需要小车对铁丝轨道进行探测并循迹，同时还需要检测硬币，可以采用TI公司LDC1314或LDC1000任意一款传感器。据查资料了解到LDC1314传感器功耗低、结构简单、成本低，且能满足系统检测要求，最终设计中选定了LDC1314传感器。
（2） 为实时显示小车运行距离，采用了霍尔编码器检测电机转速（直流电机中自带），通过将编码器检测到的数据送至单片机进行具体计算得到距离值并加以显示。
2.3铁丝及硬币检测方案
方案一：将传感器LDC1314直接固定在车体底部并尽量贴近轨道，对铁丝和硬币进行检测，比较检测数据值，控制电机按既定轨道运行，此检测方法检测范围窄，会出现误判，导致小车运行时偏离轨迹几率大。
方案二：在车体底部安装传感器LDC1314扫描式检测，输入信号给单片机，舵机的运动通过单片机输出PWM来控制，当PWM值变化时，可以改变舵机的位置。检测范围宽，比较的数值为一个数据段，控制灵活，小车运行稳定。
经不断试验，选用了方案二，舵机选用型号MG-996R
2.4 测距方案
方案一：检测小车运行时霍尔编码器输出的脉冲个数，采用适合于低速的T法测速，计算得到电机的实时转速，乘以时间，计算得出距离。
方案二：检测小车运行时霍尔编码器输出的脉冲个数，用测得的脉冲数除以车轮运行一周的脉冲数，再乘以车轮的周长计算得出距离。
经测试，方案一检测出的实时距离误差较小，因此选择方案一。
2.5 系统总体设计方案
基于以上方案论证，循迹小车总体结构框架图如图2所示：
3 传感器LDC1314工作原理
导体在与交变电磁（EM）场接触时将引起磁场变化，可以采用传感器中的电感传感器进行检测。一个电感器与一个电容器可以构造一个L-C振荡器，可以用来产生电磁场。在一个LC振荡器中，当电磁场收到干扰时，可以观察到电感发生微小的偏移，与共振频率存在一定关系。
利用这个原理，在LDC1314是一个电感-数字转换器（LDC），通过测量LC谐振器的振荡频率。该器件输出数字值与振荡频率成比例关系。此频率测量值可以被转换为一个等效电感。
LDC1314由前端谐振电路驱动构成，其通过一个多路复用器的有效通道序列。连接他们到芯片对传感器频率进行测量与数字化处理。芯片使用基准频率来测量传感器的频率，基准频率从一个内部基准时钟（振荡器），或外部提供的时钟频率。
4 软件设计
小车控制程序主要为循迹，检测硬币，测距测时并实时显示，这里主要介绍循迹及硬币检测主程序流程图，如图所示。
5 系统测试
5.1测试工具
铁丝轨道；精度1mm的卷尺；精度1s的秒表；一角硬币。
5.2测试方法与测试结果分析
（1）小车跑完一圈的时间及铁丝轨迹偏离小车垂直投影的情况。
将小车放在跑道任意位置，共测试五次，记录跑完一圈的时间及铁丝偏离小车垂直投影的距离。
（2）小车实时显示测距，测试情况。
小车运行过程中，LCD显示屏上清晰可见实时显示的距离和时间，并与小车实测距离时间进行对比。
（3）一角硬币检测情况。
将多个硬币放置在铁丝轨迹的两侧，记录小车通过时的情况。
6 结束语
通过测试，此次设计的自动循迹小车基本实现了预期的各项需求，循迹稳定。硬币
识别稳定，且硬币无论放到任何位置均可检测出。设计中所用的1314芯片功耗低，灵敏度高，很好的实现了各项功能。
通讯作者：岑强