基于單片機的智能跟隨小車

摘要：跟隨小車是一個運用傳感器、單片機、電機驅動及自動控制等技術來實現按照預先設定的模式下，不受人為管理時能夠自動實現循跡導航的高新科技。本文采用STC89C52單片機作為小車的控制核心，采用BFD-1000五路尋跡模塊作為小車來識別白色路面中央的黑色引導線，紅外對管發生信號和接收信號確定位置，用以實現小車自動識別路線，以及用紅外線發送和定位并選擇正確的路線，電路結構簡單，容易實現，可靠性高。

關鍵詞：單片機 自動循跡 紅外 驅動電路

隨著計算機技術和科學技術的不斷進步，機器人技術較以往已經有了突飛猛進的提高，跟隨小車即帶有視覺和觸覺的小車就是其中的典型代表。跟隨小車具有高度自動化、高智能化的特點，可以根據主人移動改變行駛路徑，在智能家居應用中可以代替人工控制各種電器，此外，跟隨小車依靠蓄電池提供動力，還有清潔生產、運行過程中無噪音、無污染的特點，可用在工作環境清潔的地方。

1、系統基本組成

跟隨小車主要由STC89C52單片機電路、BFD-1000五路尋跡模塊、L298N驅動模塊、直流電機、紅外發射管模塊、紅外接收管模塊、小車底板、電源模塊等組成。系統框圖如圖1所示。

2、元器件采用

（1）單片機電路：采用STC89C52芯片作為控制單元。STC89C52單片機具有低成本、高性能、抗干擾能力強、超低功耗、低電磁干擾。

（2）BFD-1000 專門設計用作黑（白）線檢測的傳感器，特別適合復雜黑白線、交叉黑白線的檢測，它有5路高靈敏度的紅外傳感器（5 路巡線、1 路蔽障），能夠對黑白線準確的識別。

（3）L298N驅動模塊：采用L298N作為電機驅動芯片。L298N具有高電壓、大電流、響應頻率高的全橋驅動芯片，驅動能力強、操作方便，穩定性好。另外，L298N的驅動功率較大，能夠根據輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負載能力不夠的問題。

（4）直流電機：采用雙直流電動機。直流電動機調速方法分為兩種：一種是直接調整電壓，另一種通過PWM調速。PWM調速就是使加在直流電機兩端的電壓波形為矩形波，改變矩形波的占空比就能實現電壓的改變，從而實現電機轉速的改變。

（5）電源模塊：由三個串聯1.5V干電池作為電源。

（6）紅外線發射模塊：用四個紅外發生二極管組成。紅外發光二極管其外形和發光二極管LED相似，發出紅外光。管壓降約1.4v，工作電流一般小于20mA。為了適應不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。要使紅外發光二極管產生調制光，只需在驅動管上加上一定頻率的脈沖電壓。

3、系統調試

晶振電路的測試：在單片機正常運行的必要條件是單片機系統的時鐘穩定正常。在系統通電的狀況下，用萬用表的直流電壓檔（20V），分別測量XTAL1和XTAL2引腳的電壓，看是否正常，在調試過程中，測得電壓XTAL1引腳應為2.05V，XTAT2應為2.15V。

復位電路的測試：單片機正常工作時，RST復位引腳應為0V，按下復位按鍵時，復位引腳為高電平5V左右。

尋線的測試：小車按照思路做好，車上的五路尋跡模塊的靈敏度太高，不管是遇到黑線和白紙都能收到反射回來的信號，這樣子不能做到尋線走動的功能。因為五路尋線模塊上自帶有調節靈敏度的按鈕，所以在多次調試之后能夠按照預料中的情況發展，能夠在線上行駛。

紅外編碼發射和接收的測試：做好紅外線發射管后開始進行單個調試，由于發射管是四面光的，因為發射范圍幾乎是全方位，我拿黑色的膠布把除了正前方以外的位置全部遮住，把干擾降到最低。編程方面也出現過很多問題，比如說晶振、波特率要和接收機的一樣，不然會出現亂碼情況，就達不到想要的效果。

系統經過測試，基本實現能夠實現小車的循跡功能、定位功能，基本上能實現小車的路徑規劃功能，實物如圖2所示。

4、結語

加入了高新技術的跟隨小車產品越來越多，使得跟隨小車的發展呈現多循跡小車作為現代玩具產業的核心的一部分，更需要不斷應用現代先進的技術開發出更新穎的產品。本設計主要是把傳統智能循跡小車系統和可編程電子器件結合起來設計跟隨小車系統，并通過人工智能算法實現一定的智能化的方法，有一定的現實意義和市場價值。

資助項目：廣西高校大學生創新創業計劃項目“智能熱能自動跟蹤小車的設計”

參考文獻：

[1] 張剛毅著.單片機原理及應用—C51編程+Proteus仿真.高等教育出版社，2012

[2]郁有文、常健、程繼紅著. 傳感器原理及應用. 第4版. 西安電子科技大學出版社，2014

作者簡介：

李紀寧，第一作者，（1996年—），男，廣西大學行健文理學院電子科學與技術2013級學生；

陳海生（1991年—），男，廣西大學行健文理學院電子科學與技術2013級學生；

蔡彬彬（1995年—），男，漢族，廣西大學行健文理學院2013級學生，

黃乙凇（1995年—），男，廣西大學行健文理學院電子科學與技術2013級學生；

趙玲峰，通訊作者，（1982年—），女，講師，信號與信息處理研究方向，Email：lingfeng091123@126.com。

（作者單位：廣西大學行健文理學院）