无须单片机！模拟电路控制的循线机器人（图文）

　　循线小车的制作可以说是机器人爱好者的一门必修课。但是我们常看到的文章大都基于单片机架构，要完整制作出一台这样的小车，需要掌握单片机、程序语言、开发环境、算法、编译环境、烧录软件、下载器等一系列软硬件知识。这对于没有系统学习过单片机的爱好者来说有一定难度。

　　本文介绍一部由模拟计算机控制的循线小车，它由传感器和线性比例器构成，原理简单易懂，无需编程。只要具备模拟电路知识就可以上手制作。

　　下面开始，我们的口号是DO IT ALL THE WAY！

　　一，制作小车底盘。

　　材料清单：

　　名称　　　　　　数量

　　瓶盖　　　　　　2只

　　微型减速电机　　2只

　　工业端子排　　　1条

　　通孔珠子　　　　1个

　　曲别针　　 　　 1个

　　M3螺丝螺母　　 若干

　　洞洞板　　　　 若干

　　M3套管　　　　4个

　　M3铜柱　　　　若干

　　4AAA电池仓　　1个

　　双面胶带　　　　适量

　　从工业端子排里面拆出两套铜芯，作为轴连器，用来连接车轮和电机。我是用的是380V10A的端子排，铜芯内径是3MM，连接3MM的螺丝和电机输出轴非常合适。这种端子排在一般的五金灯具市场都可以买到，有的吸顶式节能灯的镇流器里面也有这样的铜芯。如下图A。

　　下图是准备好的材料，很简单吧？除了电机，其他材料都是生活中常见的。瓶盖用来做车轮，要选择直径比电机大一些，这样小车下面的电池仓距离地面有一定高度，不会蹭底盘。盖子边缘厚一些，可以增加摩擦力，小车走起来不会打滑。我用的是婴儿食品的金属盖子，铁灰色，比较耐看。如下图B。

　　在瓶盖的中心打一个3MM的孔，借助一颗3MM的螺丝和轴连器，连接好电机和车轮。用曲别针穿上珠子，弯成下图C形状，做小车的尾轮。

　　把减速电机稍微靠前，固定在一片洞洞板上。这里电机是用铁丝缠绕并焊接固定的，简单点也可以用热熔胶固定，或者用薄铁皮做一对箍子，配合螺丝固定好电机。如下图D。

　　尾轮靠后用螺丝固定在电路板下方。电池仓直接用双面胶贴在洞洞板下面。如下图E。

　　我是用的是5X7厘米的预制洞洞板，四角有安装孔，借助铜螺丝可以很方便的一片片叠加起来。把电机和电源都单独引出接头，方便将来和上面控制板的连接。如下图F。

　　这样，一个基础小车的底盘就做好了。5X7厘米的洞洞板上有足够数量的焊盘，将来还可以用它做单片机小车，换不同的控制板，实现不同的用途。很方便吧？

　　二，制作循线控制板

　　这台循线小车是由模拟计算机控制的。模拟计算机是用电流、电压等连续变化的物理量直接进行运算的计算机，由运算放大器构成核心器件，运算过程不存在模数-数模转换和编程算法的问题。

　　线路图：

　　芯片接线图：

　　元件清单：

　　型号 数量

　　ITR20001-T红外线光电开关 2

　　74HC240(＄0.1148)配插座 1

　　5V小型继电器 2

　　4.3K电阻 2

　　10K电阻 1

　　100欧姆电阻 2

　　网线芯 若干

　　洞洞板 若干

　　LED 1

　　细导线 若干

　　小车每侧的车轮由两只反相器组成的比例器控制，通过继电器带动减速电机运转。这里使用的是一片八路反相驱动芯片74HC240作为模拟计算机的核心。读者也可以使用通用运算放大器接成反相器来替代，控制效果是一样的。

　　以下是小车运行状态的分析：

　　1， 当比例器输入端的红外线光电开关检测到黑线的时候，红外线接收管接收到的反射光减小，接收管呈高阻状态，比例器输入和输出都是高电平，驱动继电器吸合，与之相应的减速电机带动车轮转动。

　　2， 当左右两只光电开关都检测到黑线，两只继电器同时吸合，小车全速直行。当黑线终止的时候，两个光电开关发射管发出的光线经地面反射至接收管，接收管接收到的入射光增加，比例器输入电平降低，输出电平跟着降低，两只继电器释放，小车停驶。

　　3， 由此不难分析出小车拐弯时的状态：以小车为第一视角，行驶中遇到顺时针弯道，左侧光电开关首先脱离黑线，继电器J1释放，右轮停转;左轮带动小车做顺时针转动，直至左侧光电开关回复到黑线上方。

　　4， 逆时针弯道的转向状态与上面相反。

　　5， 避障控制是利用74HC240的使能端来实现的。当小车前方没有障碍物的时候，74HC240的1脚，11脚因为10K下拉电阻的作用，保持在低电平，对应的四只反相器U1，U2，U3，U4为使能状态。9脚为高电平，LED灯亮，小车按设计运转。当遇到障碍物的时候，1脚和11脚为高电平，四组反相器为关断状态，LED灯灭，小车静默。避障开关的优先级高于光电开关，无论小车在那种运行状态，只要避障开关动作，都会强制小车进入静默状态。

　　总结起来如下表所示：

状态 避障开关 右光电开关 左光电开关 继电器J1 继电