高華磊 遲雨杰 張少飛 裴文龍

中北大學，山西 太原 030051

多功能智能車的論證與設(shè)計

高華磊 遲雨杰 張少飛 裴文龍

中北大學，山西 太原 030051

以STC89C52單片機為智能小車的控制核心，采用紅外收發(fā)管對跑道路線進行檢測和識別，電機驅(qū)動采用L298驅(qū)動芯片, 驅(qū)動電機從而控制小車前進及轉(zhuǎn)向，采用充電鋰電池作為整個系統(tǒng)的供電電源。紅外收發(fā)管通過電壓比較器將檢測信號送入單片機，單片機通過不同紅外收發(fā)管的信號作出不同的判斷，并控制電機完成小車前進、避障、轉(zhuǎn)彎、超車等相應的動作，本車也加入了無線收發(fā)模塊，可以通過遙控器，手動控制車輛行進等姿態(tài)，本設(shè)計線路簡單，成本低。

單片機控制；紅外收發(fā)管；無線收發(fā)模塊電路；智能小車

MCU control；infrarterad nsmit-receitvue be；Wireless send-receive circuit；Intelligent car

引言

如今關(guān)于電子設(shè)計的比賽項目越來越多，很多比賽采用模型車去完成相應的比賽任務和要求，而由于競賽的科技性加之娛樂性，引起了很多電子愛好者的情趣，尤其是在校大學生。因此，本文設(shè)計了一種多功能智能小車，可以良好的實現(xiàn)循跡、壁障、遙控、顯示等功能，方便用戶的二次開發(fā)和學習。

1 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)主要由單片機最小系統(tǒng)模塊、直流電機驅(qū)動模塊、紅外光檢測模塊、無線收發(fā)模塊、鋰電池模塊組成。

1.1 主控制器的論證與選擇

方案一：采用FPGA控制方案。FPGA內(nèi)部具有獨立的I/O接口和邏輯單元，還具有速度快、外圍電路較少和集成度高的特點，因此特別適用于復雜的邏輯電路設(shè)計。但是FPGA的成本高，而且由于本設(shè)計對輸出的速度要求不高，所以FPGA高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)。

方案二：采用STC89C52單片機作為系統(tǒng)的控制器軟件編程靈活，可用軟件較簡單地實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其成本低、體積小、技術(shù)成熟和功耗小等優(yōu)點，技術(shù)比較成熟，開發(fā)過程中可以利用的資源和工具豐富。

綜合以上兩種方案，選擇方案二。

1.2 電機與驅(qū)動的論證與選擇

方案一：采用步進電機作為小車的動力源。步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的開環(huán)控制元件，可在各種數(shù)控系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。但步進電機用于小車功耗高且需要相應的硬件驅(qū)動。

方案二：采用直流電機作為小車的動力源。直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)。直流電機的驅(qū)動電路簡單，可使用L298N驅(qū)動。本設(shè)計用到兩個直流電機，可以實現(xiàn)系統(tǒng)需求且成本低。

綜合以上兩種方案，直流電機控制小車轉(zhuǎn)角精度足以滿足題目要求，選擇方案二。

1.3 檢測系統(tǒng)的論證與選擇

方案一：采用光敏電阻對黑線判斷。光敏電阻光照性為非線性、反應靈敏度一般，檢測距離范圍有限，其受外部影響較大，檢測信號易出現(xiàn)誤差。

方案二：采用激光收發(fā)管對黑線判斷。激光收發(fā)管線性度好、反應，其受外部影響很小。但對黑線判斷需要黑白對比度高，成本相對較高，要求較嚴格。

方案三：采用紅外收發(fā)管對黑線判斷。紅外收發(fā)管線性度一般，反應較快，檢測范圍一般，受外部影響不大，對黑線判斷可通過調(diào)節(jié)來改變黑白對比度不同的靈敏度，成本低廉效果好。

綜合考慮采用方案三紅外收發(fā)管作為檢測系統(tǒng)對黑線判斷。

2 系統(tǒng)理論分析與計算

2.1 智能小車控制系統(tǒng)

智能小車控制系統(tǒng)一般可看作自動引導系統(tǒng)，使得智能小車跟隨道路的變化而運行，另一方面，智能小車在走直線或弧形線時，也可以看作一個恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠跟隨道路變化而更加平穩(wěn)快速的運行。在設(shè)計控制算法時，要既能滿足跟隨系統(tǒng)的動態(tài)特性，同時又能滿足恒值調(diào)節(jié)的穩(wěn)定特性。

2.2 智能小車轉(zhuǎn)向和速度的控制

控制模型車的轉(zhuǎn)向和速度，使其能夠跟隨道路的變化來運行。實現(xiàn)這一目標有兩個難點：一是各種外界干擾因素作用于系統(tǒng)，從而影響被控對象偏離控制規(guī)律，例如道路變化、檢測信號的噪聲和電池電壓不穩(wěn)定等；二是車體自身的慣性影響使得被控量變化不能夠靈活自如。

3 電路與程序設(shè)計

3.1 電路的設(shè)計

3.1.1 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。小車以STC89C52單片機作為系統(tǒng)核心，按鍵切換程序用來檢測運行不同的程序，紅外收發(fā)管判斷出黑線并產(chǎn)生低電平給單片機來確定小車的運行，

3.1.2 紅外檢測子系統(tǒng)

紅外收發(fā)子系統(tǒng)原理圖，如圖2所示。

3.1.3 電源

電源由7.4V鋰電池提供，通過L7805三端穩(wěn)壓管輸出5 V為單片機系統(tǒng)、L298芯片、無線通信模塊供電，通過L7806三端穩(wěn)壓管輸出6V給L298N為直流電機供電。

3.2 程序設(shè)計

3.2.1 程序功能描述與設(shè)計思路

（1）程序功能描述：根據(jù)題目要求，軟件部分主要實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎和調(diào)速。①小車轉(zhuǎn)彎功能：設(shè)置小車一側(cè)車輪速度大于另一次車輪速度實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎； ②小車調(diào)速功能：設(shè)置PWM的不同值驅(qū)動小車變速。

（2）程序設(shè)計思路：小車左側(cè)傳感器檢測到黑線左輪全速，右輪低速，實現(xiàn)右轉(zhuǎn)；右側(cè)檢測到黑線左輪低速，右輪全速，實現(xiàn)左轉(zhuǎn)。

3.2.2 程序流程圖

主程序流程圖如圖3所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

圖2 紅外收發(fā)子系統(tǒng)原理圖

圖3

4 結(jié)語

本文介紹了以STC89C52單片機為核心的智能車的論證與設(shè)計，采用單片機控制外圍傳感器和驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)模塊化，穩(wěn)定性好，相應的軟件設(shè)計簡單，易于對硬件車體進行控制。通過測試，此多功能智能車能夠很好的實現(xiàn)循跡、壁障、遙控等功能。

[1]郭天祥. 新概念51單片機C語言教程 [M].北京 ：電子工業(yè)出版社,2009.

[2]丁元杰. 單片微機原理與應用 [M]. 第2版.北京: 機械工業(yè)出版社，2003.

[3]畢滿清. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[4]韓炎.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009

The designi s based on STC89C52 microcontr oller core of the control of the smart car, the infrared transceivetr ube detectiona nd recognitiomn, oto r driver using L298 driver chip on the runwayl ine, the drive motor to controtl he car forward and turningt, he use of rechargeablilte hiumb atteries as the entire system for power supply. The infrare d transceiver tube detection signal microcontroller IO port pass throught he microcontroltlehre, microcontr oller to make differentj udgmenbts y differenti nfrare d transceivetr ube signal and controtl he motor to complette he car forward, obstacle avoidan ce, corneringo, vertakinga nd other appropriaatec tion , the car also joined wirelests ransceiver moduley, ou can by remotec ontrol, manuacl ontrol of the vehicle in motionp, osturet, he lines of the designi s simple, low cost.

高華磊（1990-），男，山東日照人，在讀本科生。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.095