基于單片機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院 鄧喜兵 許建明 陳炯明

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基于單片機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院 鄧喜兵 許建明 陳炯明

【摘要】設(shè)計(jì)一款通過(guò)單片機(jī)控制的智能小車(chē)，可以通過(guò)紅外遙控切換模式在循跡和遙控控制兩種模式進(jìn)行工作。當(dāng)工作在遙控模式時(shí)能夠使用NEC協(xié)議的紅外遙控控制小車(chē)行駛，在循跡模式時(shí)可以實(shí)現(xiàn)循跡功能。該系統(tǒng)有遙控和小車(chē)兩大部分，遙控器采用成品遙控模塊，小車(chē)控制器則采用51單片機(jī)為控制核心。循跡功能則通過(guò)紅外對(duì)管來(lái)檢測(cè)黑線達(dá)到尋線的功能。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試該智能小車(chē)達(dá)到了預(yù)期的要求，實(shí)現(xiàn)了智能小車(chē)的基本功能。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；循跡；紅外遙控

1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)分為小車(chē)部分和遙控器部分。紅外遙控器的制作，可以采用51單片機(jī)進(jìn)行編碼和調(diào)制紅外發(fā)射管所需要的信號(hào)。紅外通信協(xié)議采用NEC協(xié)議，也可以采用成品紅外遙控進(jìn)行設(shè)計(jì)。紅外遙控小車(chē)的工作原理是以51單片機(jī)為控制芯片，通過(guò)對(duì)1383集成紅外接收頭處理過(guò)的信號(hào)進(jìn)行解碼。實(shí)現(xiàn)識(shí)別紅外遙控所發(fā)出的信號(hào)，并同時(shí)控制L9110（H橋芯片），實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。循跡功能的實(shí)現(xiàn)，采用兩對(duì)紅外發(fā)射、接收管和一塊LM358集成運(yùn)放組成的電壓比較器，實(shí)現(xiàn)對(duì)黑線的循跡功能。該系統(tǒng)外圍元件少簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 循跡電路設(shè)計(jì)

由于不同顏色的物體反射光線的強(qiáng)度是不一樣的，本設(shè)計(jì)采用的是黑線作為小車(chē)循跡的路線。當(dāng)紅外光照射在黑色的物體上時(shí)，反射回來(lái)的光線就比較弱，因此紅外光敏二極管接收到的光線就比較弱，呈現(xiàn)較大的電阻。當(dāng)紅外光照射在反光能力比較強(qiáng)的物體上時(shí)，紅外光敏二極管接收到的光線強(qiáng)呈現(xiàn)的電阻就比較小。可以根據(jù)這一原理和電壓比較器組成一個(gè)黑線循跡模塊。通過(guò)單片機(jī)判斷電壓比較器的輸出電平就能夠?qū)崿F(xiàn)循跡的功能。

2.2 紅外接收電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用1383紅外接收頭作為紅外遙控器的接收器件，該接收頭一共有三個(gè)引腳分別是電源、地和信號(hào)輸出。該接收頭的工作原理為：當(dāng)接收到載波頻率為38KHz的脈沖調(diào)制信號(hào)時(shí)，首先由紅外接收頭內(nèi)的紅外敏感元件將脈沖調(diào)制紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由前置放大器和自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行放大處理，然后通過(guò)帶通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，最后由輸出電路進(jìn)行反向放大并輸出低電平；未接收到載波信號(hào)時(shí)，電路則輸出高電平。把紅外接收頭的數(shù)據(jù)輸出引腳接在單片機(jī)的中斷接口，當(dāng)有遙控信號(hào)時(shí)片機(jī)對(duì)遙控信號(hào)進(jìn)行解碼得到控制信號(hào)。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

該設(shè)備采用兩個(gè)直流電機(jī)，由于直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制可以通過(guò)改變電機(jī)兩端電壓的極性來(lái)實(shí)現(xiàn)的，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用的是H橋電路。可以采用分立原件和集成電路兩種方案，由于采用集成電路外部原件少電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，本設(shè)計(jì)采用兩片集成H橋驅(qū)動(dòng)芯片L9110作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，控制信號(hào)則由單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

2.4 整體電路原理圖設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外接收頭、循跡模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成。整體系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)電路原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采取模塊程序設(shè)計(jì)的方案，以外部中斷的方式實(shí)現(xiàn)紅外遙控器的解碼。該程序可分為中斷服務(wù)程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、循跡子程序等構(gòu)成。主程序通過(guò)調(diào)用各個(gè)子函數(shù)達(dá)到智能小車(chē)的功能。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)程序整體的可讀性較好，方便維護(hù)與移植。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款基于51單片機(jī)的智能小車(chē)。該小車(chē)采用了STC89C52RC微控制器為控制芯片，1383紅外接收頭，L9110 H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯，LM358集成運(yùn)放。該小車(chē)成本低，功能強(qiáng)大，娛樂(lè)性高，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］江世明，許建明，朱群峰，申壽云.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.上海﹕上海交通大學(xué)出版社，2013.

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［3］王東鋒，王會(huì)良等.單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用100例［M］.西安﹕電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：

鄧喜兵（1993—），男，湖南婁底人，電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)在讀本科生。

通信作者：

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術(shù)研究。