郭恒興

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簡易智能循跡定位小車

郭恒興

（清華大學(xué)附屬中學(xué)秦漢學(xué)校，陜西咸陽，712000）

本設(shè)計是具有自動循跡，藍牙控制等功能并顯示GPS定位的智能小車。硬件設(shè)計上主要以機器人為開發(fā)平臺，組裝硬件實物來構(gòu)建智能循跡小車系統(tǒng)。軟件上選用最為簡單和實惠的8051系列單片機STC12C5A60S2為核心進行程序的控制。選擇常見的電動機為機械平臺，結(jié)合傳感器技術(shù)和電機控制技術(shù)實現(xiàn)小車所需的各種功能。

智能小車；自動循跡；藍牙控制；GPS定位

引言

移動機器人[1]正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣泛。但是市場上的遙控汽車都價格昂貴，質(zhì)量也參差不齊。因此，用戶自己利用單片機[2]開發(fā)一個玩具小車，利用手機藍牙來進行控制，完成循跡和定為功能，可以更好地增加用戶的娛樂性，參與感和動手能力。

1 整體設(shè)計

該設(shè)計使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元件組成探頭，并使用LM399電壓比較器，防止臨界輸出抖動作為核心器件構(gòu)成中控電路。超聲波通過發(fā)射信號到收到的回響信號的時間間隔可以計算得到距離，來完成避障的功能[3]。GPS定位通過 C3-470模塊來獲得小車位置的經(jīng)緯度，LCD液晶可以通過按鍵來選擇所需的功能。并且可以通過手機藍牙來控制小車。

2 硬件設(shè)計

2.1 循跡模塊

用于探測黑線的位置，位于車頭前端，由若干個光電管組成，通過反射紅外線的變化判斷黑線的有無。當(dāng)被檢測物體是白色時，由于白色將光線反射回來, 接收管導(dǎo)通, 輸出低電平。當(dāng)被檢測物體是黑色時，由于黑色會吸收大量光線, 那么反射回來的光線就少，接收管不導(dǎo)通，輸出高電平。設(shè)計者可以用黑色絕緣膠帶進行路線的設(shè)計。

2.2 超聲波避障模塊

為了保證小車的安全，加入了避障模塊，使用的是HC-SR04超聲波測距模塊，它可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。

2.3 電源模塊

本智能車系統(tǒng)工作電壓有+5V和7.2V兩種電壓，由7.2V /2000mAh的Ni-Cd蓄電池組直接給驅(qū)動電機和轉(zhuǎn)向舵機供電。5V給車速傳感器、MCU以及光電傳感器供電，5V電源的實現(xiàn)是通過電源管理芯片LM2575-5.0來實現(xiàn)的。舵機轉(zhuǎn)向模塊，通過一定占空比的方波控制舵機轉(zhuǎn)過的角度，舵機具有力矩大，響應(yīng)速度快等特點[4-5]。電機驅(qū)動模塊，由于單片機輸出的電流有限，無法直接驅(qū)動電機進行工作，因此需要通過專用的電路進行驅(qū)動，只要單片機給出相應(yīng)的控制信號，便可控制電機工作，較為常用的H橋驅(qū)動芯片L298N 。

2.4 藍牙模塊

本設(shè)計選擇HC-05 嵌入式藍牙串口通訊模塊，進行小車與手機之間的通信，從而使得用戶能隨心所欲地控制小車的運動軌跡。先用電腦藍牙連接其模塊，通過串口調(diào)試助手，運用 AT 指令來設(shè)置相應(yīng)的波特率，用戶名，密碼和其他相應(yīng)的指令。然后連接單片機 RX 、TX 運用異步串行通訊經(jīng)過串口中斷來發(fā)送命令控制小車。需要注意的是，運行本模塊可設(shè)置為主機或從機，主機能和從機配對通信，從機與從機之間或主機與主機之間不能通信。

3 總結(jié)

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，如果在循跡小車上加入一些新的路徑識別算法，將會讓小車更加智能。這樣開發(fā)出來的自動循跡小車具有相當(dāng)?shù)膶嶋H應(yīng)用價值，用戶體驗得以提高，市場前景良好，具有很好的經(jīng)濟效益和前景。

[1] 苑毅,張志超,李偉.智能避障小車設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2011(03):36-37.

[2] 宋雪松,李冬明,崔長勝.手把手教你學(xué)51單片機——C語言版[M].北京：清華大學(xué)出版社出版，2014

[3] 高月華.基于紅外光電傳感器的智能車自動尋跡系統(tǒng)設(shè)計[J].半導(dǎo)體光電,2009,30(01):134-137.

[4] 唐建文.基于CMOS攝像頭的智能小車導(dǎo)航控制[J].裝備制造技術(shù),2010(06):184-185.

[5] 李曉旭,周煥銀.基于STM32智能小車視覺控制導(dǎo)航的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2017,25(09):105-107.

Simple Intelligent Track Location Car

Guo Heng Xing

（Qin Han School, Affiliated Middle School of Tsinghua University, Xianyang, Shaanxi 712000, China）

This design is an intelligent car with functions of automatic tracking, Bluetooth control and GPS positioning display. In the hardware design, the robot is used as the development platform, and hardware objects are assembled to construct the intelligent tracking car system. In software, STC12C5A60S2, the simplest and most affordable 8051 series single chip computer, is selected as the core to control the program. The common motor is chosen as the mechanical platform, and the functions of the car are realized by combining sensor technology and motor control technology.

Intelligent car; Automatic tracking; Bluetooth control; GPS positioning

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2019.03.021

TP23

A

1672-9129(2019)03-0062-02

郭恒興（2001-）男，籍貫：陜西省興平市，民族：漢族清華大學(xué)附屬中學(xué)秦漢學(xué)校高中學(xué)生。E-mail：2209282216@qq.com