基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與制作

劉丹妮 朱凱

摘要：智能小車(chē)由STC89C52為核心，并且使用一臺(tái)單片機(jī)來(lái)控制l298N電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊并可以直接控制一輛智能駕駛小車(chē)。它利用超聲波傳感器來(lái)準(zhǔn)確地識(shí)別道路上的障礙物并進(jìn)行避障。它是使用紅外線(xiàn)傳感器來(lái)檢測(cè)路徑軌跡，并將被檢測(cè)的信號(hào)回放到單片機(jī)以便實(shí)現(xiàn)追蹤功能通過(guò)判斷和分析單片機(jī)采集的信號(hào)并控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以使得智能小車(chē)具備轉(zhuǎn)向功能，智慧小車(chē)可以避開(kāi)前方的障礙物，沿著路徑行走并自動(dòng)跟蹤和躲避其他障礙物，來(lái)完成對(duì)智能小車(chē)的轉(zhuǎn)向和避障。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);智能小車(chē);避障;尋跡紅外

1、主控系統(tǒng)

STC89C52是一款采用帶有高性能且低驅(qū)動(dòng)功耗的8元的CMOS系列微控制器。它們還擁有一個(gè)可以?xún)?nèi)置于8K素微控制器接口中的32位可編程圖形閃存。STC89C52使用了一個(gè)傳統(tǒng)級(jí)的MCS-51內(nèi)核;但是，為了能夠繼續(xù)努力保持這種傳統(tǒng)51單片機(jī)所可能沒(méi)有的數(shù)位芯片設(shè)計(jì)特點(diǎn)，已經(jīng)對(duì)其性能進(jìn)行了許多新的改善，STC89C52是一個(gè)同時(shí)具有一種智能8位閃存處理器和一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的可編程數(shù)位閃存設(shè)計(jì)特點(diǎn)的數(shù)位單芯片，為許多其他數(shù)位應(yīng)用者系統(tǒng)提供了非常靈活和高效的軟件解決模式方案，系統(tǒng)可以集成許多控件[1]。

一、復(fù)位操作

復(fù)位操作就是對(duì)微控制器進(jìn)行的初始化。它的主要目標(biāo)之一就是將pc初始值變成0000h，以便于微控制器自0000h單元起就可以執(zhí)行該程序。除了需要啟動(dòng)正常的系統(tǒng)初始化以外，如果一個(gè)系統(tǒng)因程序的執(zhí)行或者操作錯(cuò)誤而自動(dòng)崩潰，您還可以按下重新啟動(dòng)或者清除系統(tǒng)中的按鈕。

二、復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生

由兩個(gè)集成模塊一起組成此次功能復(fù)位的集成電路，那么它們就是一個(gè)芯片內(nèi)部和就是芯片外部。外部復(fù)位電路所連接產(chǎn)生的一個(gè)內(nèi)部復(fù)位檢測(cè)信號(hào)（RST）同時(shí)發(fā)送給施密特觸發(fā)器，并且片上的一個(gè)復(fù)位檢測(cè)電路在每一塊板的S5P2上板中都會(huì)同時(shí)顯示施密特觸發(fā)器的一個(gè)輸出，以便于檢測(cè)內(nèi)部的一個(gè)復(fù)位電路操作。有兩種方法使用戶(hù)可以進(jìn)行相位重置的過(guò)程：手動(dòng)重置一個(gè)相位的按鈕，以在其上電時(shí)自動(dòng)進(jìn)行相位重置，通過(guò)向外部的相位重置電路充電，可以在上電時(shí)自動(dòng)重置。這就說(shuō)明只要VCC功率的上升持續(xù)時(shí)間不可能超過(guò)1ms/秒，機(jī)器循環(huán)以在開(kāi)機(jī)時(shí)獲得自動(dòng)重啟。手動(dòng)復(fù)位的工作方式主要有以下兩種：第一種采用的是電平模式，而第二種采用的就是脈沖模式[2]。

2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與避障模塊

功率控制晶體管信號(hào)可以直接用來(lái)控制作為一個(gè)直流功率信號(hào)放大器的一個(gè)輸入，以用來(lái)控制一個(gè)直流電的發(fā)動(dòng)機(jī)。線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)電路，不僅加速?gòu)?qiáng)，而且構(gòu)造簡(jiǎn)略不復(fù)雜，加速的能力也很不錯(cuò)。使用由達(dá)林頓管制成的H橋電路。

兩對(duì)紅外燈管分別布置在車(chē)身前部和軌道的各一側(cè)。根據(jù)接收黑線(xiàn)和白色光電的兩個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇，控制轎廂方向以設(shè)置轎廂方向。測(cè)試結(jié)果表明，只要正確地安裝了光電開(kāi)關(guān)的位置，就可以提供足夠的跟蹤能力。

3、硬件設(shè)計(jì)

使用前驅(qū)作為智能型小車(chē)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前輪的左側(cè)和右側(cè)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)調(diào)節(jié)其前輪速度以便于啟動(dòng)和停止來(lái)控制方向。后輪是通用的支撐輪。把左右兩根光電耦合管分別放置于身體下方。此時(shí)，當(dāng)位于車(chē)輛底部左側(cè)的傳感器被檢測(cè)為黑線(xiàn)，主控制芯片將命令左輪馬達(dá)停止，然后車(chē)輛再次向左進(jìn)行校正。此時(shí)，當(dāng)汽車(chē)右下方的傳感器被檢測(cè)至黑線(xiàn)位置時(shí)，主控制芯片將命令右輪馬達(dá)停轉(zhuǎn)，汽車(chē)則向右下方進(jìn)行校正。

避障原則與追趕原則相同。一對(duì)光電管安裝在主體的右側(cè)。當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，主控制芯片會(huì)發(fā)出信號(hào)并警告車(chē)輛正在倒轉(zhuǎn)并避開(kāi)障礙物。

小型直流發(fā)動(dòng)機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，l293芯片是采用的方式是一個(gè)集成H橋電路。它的輸出電流范圍為1000mA，最大輸入電流范圍為2A，最大的工作電壓范圍為36V，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，因?yàn)樗軌蚩刂茊纹瑱C(jī)的電感負(fù)載，特別是它可以連接到一個(gè)單片機(jī)的兩個(gè)輸入端。由微控制器很方便的控制。

4、信號(hào)檢測(cè)模塊及主控電路

當(dāng)智能小車(chē)行駛到路線(xiàn)內(nèi)時(shí)，會(huì)通過(guò)檢測(cè)路面反射光線(xiàn)的大小來(lái)判斷并監(jiān)控，因?yàn)槁访嫔嫌胁煌姆瓷浯笮∠禂?shù)。在信號(hào)檢測(cè)模塊中，運(yùn)用了紅外探測(cè)，這種檢測(cè)方法應(yīng)用非常廣泛，紅外探測(cè)會(huì)采集紅外線(xiàn)檢測(cè)到的不同物體的反射特性，簡(jiǎn)單可靠，而且它會(huì)持續(xù)地放射紅外線(xiàn)。這便是智能小車(chē)的監(jiān)控原理[3]。

主控電路的主要功能是對(duì)已經(jīng)采集到的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析，并且要計(jì)算和控制電機(jī)的運(yùn)行速度，以及起動(dòng)和停止。檢測(cè)障礙的功能也受到它的控制以及報(bào)警功能。

5、結(jié)語(yǔ)

本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)和傳感器原理，以STC89C52單片機(jī)為主控芯片，采用L298N和12V直流電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，通過(guò)軟件編程制作了一整套結(jié)構(gòu)完整，功能模塊化，反應(yīng)較為靈敏的超聲波避障小車(chē)。經(jīng)過(guò)對(duì)該避障小車(chē)的避障測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該避障小車(chē)能夠很好的按照預(yù)期完成避障動(dòng)作，并且能夠快速運(yùn)動(dòng)靈敏避障，效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定性較好。

參考文獻(xiàn)

[1]陳紅梅.淺談多傳感器信息融合技術(shù)[J].科技信息，2012（18）：33-34.

[2]洪淼淼.蔡寧.基于STC89C52的智能小車(chē)[J].電子世界.2016（11）：41-42.

[3]盧威.智能小車(chē)避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南昌大學(xué)，2012.