基于51單片機(jī)的簡易智能小車設(shè)計

張馨月

摘 要：文章介紹了一種可循跡、可追光、可金屬探測的基于51單片機(jī)的智能小車的設(shè)計。小車的設(shè)計以AT89S52為核心，結(jié)合漫反射式光電傳感器、電感式接近開關(guān)、光敏二極管和LM393實現(xiàn)循跡、追光、金屬探測功能。采用AT89S52芯片控制能夠?qū)崿F(xiàn)全部功能，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。

關(guān)鍵詞：AT89S52；循跡；追光；金屬探測；智能小車

1 概述

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人工智能越來越受到人們的關(guān)注。智能小車也屬于人工智能中輪式機(jī)器人的一個分支，因而成為大多數(shù)電子類在校大學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐的重點。本文設(shè)計的智能小車以AT89S52單片機(jī)為微控制器，使用L298N作為兩個直流電機(jī)的驅(qū)動芯片，驅(qū)動小車車輪運(yùn)動。單片機(jī)通過傳感器檢測到的不同信號，根據(jù)程序指令小車做出相應(yīng)的動作。小車在循跡的時候遇到金屬物，小車停止循跡并鳴響蜂鳴器，在數(shù)碼管上顯示循跡過程中檢測到的金屬物個數(shù)；在循跡過程中有光源靠近則追光行駛。

2 智能小車的總體設(shè)計

智能小車的總體構(gòu)成有單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動、傳感器部分和底盤部件。單片機(jī)最小系統(tǒng)的制作，包括單片機(jī)及其外圍電路、蜂鳴器電路、電源電路、4位七段LED數(shù)碼管顯示電路、ISP程序下載口、留足各個傳感器的接口。智能小車的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 硬件模塊設(shè)計

3.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)

選用ATMEL公司的AT89s52單片機(jī)，該單片機(jī)片內(nèi)集成有定時器，中斷系統(tǒng)，豐富的I/O端口，有較強(qiáng)的位處理功能，且價格便宜，指令系統(tǒng)較簡單。考慮本系統(tǒng)主要用于控制，不需要復(fù)雜的運(yùn)算，選用AT89s52完全可以實現(xiàn)控制功能，且價格便宜，編程較容易。

3.2 電機(jī)驅(qū)動模塊

單片機(jī)的帶負(fù)載能力是無法直接驅(qū)動直流電機(jī)的，所以采用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動模塊。L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。該芯片可以驅(qū)動一臺四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動兩臺直流電機(jī)。本文所設(shè)計的智能小車兩個前輪與直流電機(jī)連接，后輪采用一個萬向輪，因此用一個L298N足以驅(qū)動小車行駛。通過改變輸入左右兩直流電機(jī)的PWM脈沖寬度，來實現(xiàn)對小車的直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的方向控制。

3.3 循跡模塊

本設(shè)計采用漫反射式光電傳感器，它是由發(fā)射器（紅外發(fā)光二極管）、接收器（光敏三極管或光敏二極管）和檢測電路三部分組成，它利用被檢測物體對紅外光束的吸收或反射來檢出物體的有或無，而且檢測距離（感應(yīng)距離）是可調(diào)的。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。紅外對管與單片機(jī)的連接：棕色接電源正，蘭色為電源負(fù)，黑色為輸出，接單片機(jī)的端口。

3.4 追光模塊

本設(shè)計運(yùn)用三個光敏二極管、電阻和LM393組成追光電路。其基本工作原理是：當(dāng)光敏二極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，光照強(qiáng)度越大，反向電流越大。追光電路如圖2所示。

3.5 金屬探測模塊

本設(shè)計采用電感式接近開關(guān)實現(xiàn)小車對金屬的探測功能。電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。調(diào)節(jié)傳感器至一個與檢測地面合適的距離，使其既不影響小車的正常行駛，又能靈敏地檢測到金屬對象的存在。當(dāng)小車檢測到金屬物，由程序控制小車停留五秒，蜂鳴器鳴響并在數(shù)碼管上顯示累計檢測到的金屬物數(shù)量。傳感器與單片機(jī)的連接方法：棕色接電源正，蘭色為電源負(fù)，黑色為輸出，接單片機(jī)端口。

4 結(jié)束語

通過測試證明，這種以AT89S52為核心，結(jié)合漫反射式光電傳感器、電感式接近開關(guān)、光敏二極管和LM393的簡易智能小車運(yùn)行靈活、穩(wěn)定、可靠。值得注意的是，紅外對管須與檢測地面保持合適的距離，這是使得小車正常循跡的重要條件，高度太高小車檢測不到信號，太低可能會使小車頭與地面產(chǎn)生摩擦，影響正常行駛，也可能與待檢測的金屬物產(chǎn)生碰撞，而無法實現(xiàn)金屬探測功能。