基于單片機紅外遙控的智能車設計

摘 要：本文對基于單片機的紅外遙控智能車的總體設計，具體的硬件以及軟件設計，怎樣根據系統要求選擇模塊實現小車的功能做出了闡述。通過具體的設計和方案的選擇實現小車的智能循線和躲避障礙的功能，并且能夠將采集到的路面信息，行駛里程以及時間等一系列的數據反應到液晶顯示屏上。通過軟件硬件的合理選擇與結合，使得智能車能實現良好的操作性能。

關鍵詞：單片機，紅外遙控，智能車，設計

中圖分類號：TP872 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 24-0000-02

一、總體方案的設計

紅外遙控智能車是想改變原有的智能車只能單一的直線行走，實現簡單的左轉、右轉、前進、后退等特點。利用傳感器實現智能車的巡線、避障功能，并且能夠實現實時顯示功能?；趩纹瑱C的紅外遙控智能車有手動駕駛和自動駕駛兩種功能。遙控智能車的硬件部分主要是由電源、主控制器、驅動電機、紅外檢測傳感器、障礙物檢測裝置、路經檢測裝置和液晶顯示屏組成的。軟件部分的主要任務是完成信號的檢測處理，對驅動設備進行控制等功能。小車遇到障礙物時，電機驅動小車實現正轉還是反轉時，顯示屏顯示，小車是否沿預定軌道行駛等都會利用相應的傳感器將信號傳遞給單片機，經過紅外線查詢并解碼，對各個信號做出處理。

二、硬件設計

（一）車身構架的設計。智能車的前輪采用活動腳輪，它既能起到支撐作用又能實現水平360度的旋轉。后輪的主要作用是調整轉速、控制轉向，所以兩邊各采用一個電機驅動，小車的左、中、右各裝有三個傳感器，左側的傳感器用來檢測小車是否到達設定的行駛邊界線時，若到達邊界，主控制器控制電機減速，控制小車向另一側移動，回到正常行駛的軌道中，防止小車出軌。直流電機由于其轉動力矩小、速度較為均勻、重量輕、機械強度高，使用操作簡單方便等特點，通常在智能車設計過程中得到較為廣泛的應用。系統電源選擇方面，電機驅動模塊采用7.2v的電壓，除此之外，其他芯片只需采用+5v的工作電壓即可。

（二）主控制芯片的選擇。智能車在芯片選擇方面通常采用隸屬于8051單片機的芯片，可選用STC89C51單片機，因其具有I/O口線多，使用的用戶較多等特點常被采用。內部選用專用的復位電路，針對強干擾場合還需要設計2路PWM，8路高速，還有10位A/D轉換器。單片機復位電路由電解質電容和電阻組合而成，晶振電路由兩個普通電容和一個晶振體組成。主芯片電路圖在設計時要添加超聲波模塊的信號輸入和輸出端，電機驅動的信號輸入端，液晶顯示的信號輸入端，相應的P0口應該添加上拉電阻。

（三）電機驅動電路的設計為了使電機轉速降低實現平滑勻速的轉向過程，智能車采用PWM控制技術，也就是所說的按照脈沖寬度調制技術。電機驅動設計模塊主要控制兩個電機的正反轉，改變電機的轉速。該模塊采用合適的芯片實現能夠控制兩個直流電機的功能。一般采用L298N芯片進行調速控制，控制輸入端接受來自單片機借口的信號，控制各個輸入輸出端控制高低電平的輸入輸出，通過高低電平各自持續的特點，實現PWM調速控制。

（四）路徑檢測電路的設計。小車在行駛過程中要對經過的路況進行實時檢測，保證智能小車能夠在預定規劃的軌道上正常行駛。路徑檢測電路的上端和下端分別采用紅外對管，紅外對管可分為紅外發射管和紅外接收管。當小車沿著規定的軌道行駛時，紅外線發射管發出紅外線，處于底端的紅外接收管接收紅外線。小車行駛在黑色路徑時，由紅外發射管發出的信號被吸收，導致紅外接收管接收不到紅外線而斷開，使得單片機的輸出端口為高電平。當小車行駛出黑色路徑的時候，紅外接收管能接收到發射管發出的紅外線，紅外接收管導通，對應的單片機端口為低電平。通過發射管和接收管之間紅外線的對接，實現電路的控制。

（五）障礙物檢測電路的設計。一般簡單的智能小車對于障礙物檢測這一功能是欠缺的，只限于簡單地車體的前進、后退、轉向等功能?，F在的智能遙控車添置了障礙物檢測裝置，添加超聲波傳感器，通過超聲波檢測超聲波中心到障礙物的距離以及障礙物相對于車體的位置，在小車形式的過程中，超聲波要實時采集各個方向上障礙物到小車車體的距離以及方向。通過超聲波脈沖到障礙物來回經歷的時間可計算出小車到障礙物的具體距離。這個過程中的觸發信號和回響信號輸出端分別接在單片機的相應端口上。

（六）紅外接收電路的設計。紅外接收端通常采用價格便宜、性能可靠的一體化紅外接收頭，對信號起到放大、檢波、整形等功能。當紅外接收頭收到紅外編碼信號時，對信號進行檢波整形，此時單片機產生中斷，輸出經過整波后的方波信號，提供給單片機。

（七）液晶顯示電路的設計

液晶顯示模塊采用LCD-12864液晶顯示芯片，具有4位/8位并行，2線或3線串口多種接口方式的特點。采集的數據通過串行工作方式和單片機的端口連接，該操作模塊不僅具有接口方式靈活，操作方便等優點，而且抗干擾能力強，有功損耗低，在編程方面也較為簡單，能夠顯示大量的信息等特點。利用此電路可構成全中文的人機交互圖形界面。

三、軟件設計

（一）主電路程序設計。智能遙控車的軟件設計大體以編程為主，基本采用C語言進行程序的編寫。系統的主程序使用來完成硬件初始化，實現子程序的調用功能的部分。

（二）中斷調速子程序設計

PWM調速程序是按照固定的頻率來接通和斷開電源，根據具體的需要，改變通斷時間的長短。要想滿足小車平滑運行的特點，需要控制電機的轉速，當電機通電時小車的速度是增加的，電機斷電時小車的速度逐漸的減小，要想控制速度，需要改變電壓的大小。占空比能夠改變平均電壓的大小，通過改變占空比，從而控制電機轉速。這就需要利用中斷程序來實現，通過對定時器設置中斷周期，實現智能小車的平穩運行。

（三）障礙物檢測子程序設計

障礙物檢測程序中，需要計算出超聲波探測到障礙物后，再回到智能小車所經歷的時間，計算出小車與障礙物的具體距離，及時的糾正小車的行駛路線，避免發生與障礙物之間的碰撞，實現這一操作的流程圖如圖5所示。

四、根據模塊功能進行的系統需求分析

（一）主控模塊功能?，F在一般具有智能功能的產品通常都是以單片機作為控制器，具有集成度高，可靠性高，體積小，使用溫度范圍廣，性價比高、控制功能強等優點，在擴展功能和能耗方面也有很好的特性，所以能夠得到廣泛的應用。涉及的領域也較為廣泛，現在的工業、農業、國防、科教育、科研等各個領域都需要用到智能化的工具，所以說它推動了各行業智能化的發展起到了極大的作用。本次智能遙控車的設計程序比較復雜，有較多的開關輸出量。因此在選擇主控制芯片的時候應該根據設計特點，選擇擅于處理多開關量的單片機來做為主控制芯片。在選擇時還要考慮電機驅動問題和傳感器等諸多因素，最終確定單片機。主控制模塊就像人的大腦一樣，它起到支配整個系統完成各個動作或是做出各種判斷的作用。在基于單片機的紅外智能遙控車的設計過程中起到了不可替代的作用。

（二）檢測模塊功能。為保證智能小車的正常行駛，在小車行駛過程中，檢測路徑的傳感器要進行實時檢測，在檢測路徑方面本設計選用的是紅外對管探測，雖然紅外對管探測需要在短距離內進行，這要求小車的制動性能要良好，由于智能小車采用的是直流電機，這就彌補了紅外對管探測探測距離小的缺點，剛好得到了很好的互補，加上紅外對管價格便宜，性能穩定，所以即使不是那么優點十足，但是設計是要從總體的效果去考慮的，不應看單方面的效果，所以采用紅外對管探測路徑，從整體性能來講能夠很好的檢測智能小車的行駛路徑，及時做出反饋，保證小車在預設的軌道內順利的行駛。

（三）避障功能。智能車能夠實現手動駕駛和自動駕駛的功能，但是小車在實現自動駕駛功能時必須保證有著良好的避障功能。簡單的智能車的避障功能是實現碰撞式避障，只需添加幾個碰撞開關即可，屬于接觸式避障功能。本設計要求小車能夠實現非接觸式的避障功能，碰撞式的避障功能是可能損壞車身的，造成損失，使小車不能正常行駛。為實現非接觸式的避障功能本設計選擇采用了超聲波探測的方式，在小車行駛過程中如果遇到障礙物，超聲波探測脈沖會提前探測出障礙物相對于小車的具體方位，還可以根據超聲波檢測超聲波中心到障礙物往返經歷的時間，由此可以準確的計算出障礙物距離小車的距離。

（四）電源模塊的功能選擇小車的電源部分采用兩節可充電電源進行供電即可提供電機驅動部分所需電源，通過穩壓芯片提供5v電壓。在電源的選擇方面也要根據系統的需求來確定，采用干電池串聯進行供電，可有效地抑制電壓的干擾，方面簡單，可實現單片機和邏輯單元的正常工作，采用此種方法規避掉了以上遇到的問題，完全可行，所以采用此種方案。

（五）顯示模塊功能。小車的顯示部分是用來實現小車運行狀況的實時顯示的。如果采用普通的數碼管作為顯示設備，雖然成本較低，使用壽命也較長，對外界環境的要求不高而且容易維護和維修，除此之外，數碼管的精度也很比較高的，在軟件程序的編寫方面也比較簡單，易于操作，但是本次設計需要顯示的數據信息和內容都比較多，如果仍然采用此種設計方案，就需要放置多塊數碼管來實現顯示功能，但是這樣又會占用單片機的大量I/O接口，而且大量的排布數碼管也顯得不是那么美觀，而且數碼管只能顯示數字對于行程方面的單一測量還是可以的，但是對于本次顯示內容多的設計來說，此方案不合適。但是液晶顯示屏就不一樣了，液晶顯示屏的屏幕比較大，畫面也比較穩定，既能顯示數字又能顯示漢字、影像等，功耗較低、分辨率很高，滿足本次設計要求的顯示大量內容的要求，并且在I/O口占用方面，液晶顯示屏占用的也較小，基于液晶顯示屏的種種優點，所以在小車顯示模塊部分選用液晶顯示屏作為顯示器件較為合適。

五、結束語

本文研究了基于單片機紅外遙控智能小車的設計，從智能車的設計方面考慮，在硬件軟件的設計方面做出了具體的闡述，采用直流電機來控制小車的速度，在小車接近預設軌道邊緣或者檢測到車身周圍有障礙物時及時進行減速作用，設計采用多種傳感器，檢測路徑的原件為紅外傳感器，通過系統的總體需求和各部分的功能特點對各個部分進行合理的選擇，成功的實現智能車循跡和避障的功能。此類智能車在生產生活中以及智能機器人領域有很大的發展前景。

參考文獻：

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