基于51單片機的簡易智能小車設計

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單片機的智能小車的設計。小車的設計以AT89S52為核心，結合漫反射式光電傳感器、電感式接近開關、光敏二極管和LM393實現循跡、追光、金屬探測功能。采用AT89S52芯片控制能夠實現全部功能，系統電路結構簡單，可靠性高。

關鍵詞：AT89S52；循跡；追光；金屬探測；智能小車

1 概述

在科學技術飛速發展的今天，人工智能越來越受到人們的關注。智能小車也屬于人工智能中輪式機器人的一個分支，因而成為大多數電子類在校大學生學習和實踐的重點。本文設計的智能小車以AT89S52單片機為微控制器，使用L298N作為兩個直流電機的驅動芯片，驅動小車車輪運動。單片機通過傳感器檢測到的不同信號，根據程序指令小車做出相應的動作。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，在數碼管上顯示循跡過程中檢測到的金屬物個數；在循跡過程中有光源靠近則追光行駛。

2 智能小車的總體設計

智能小車的總體構成有單片機最小系統、電機驅動、傳感器部分和底盤部件。單片機最小系統的制作，包括單片機及其外圍電路、蜂鳴器電路、電源電路、4位七段LED數碼管顯示電路、ISP程序下載口、留足各個傳感器的接口。智能小車的系統框圖如圖1所示。

3 硬件模塊設計

3.1 單片機控制系統

選用ATMEL公司的AT89s52單片機，該單片機片內集成有定時器，中斷系統，豐富的I/O端口，有較強的位處理功能，且價格便宜，指令系統較簡單。考慮本系統主要用于控制，不需要復雜的運算，選用AT89s52完全可以實現控制功能，且價格便宜，編程較容易。

3.2 電機驅動模塊

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

3.3 循跡模塊

本設計采用漫反射式光電傳感器，它是由發射器（紅外發光二極管）、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（感應距離）是可調的。當被檢測物體是白色時，由于白色將光線反射回來，接收管導通，輸出低電平。當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，接收管不導通，輸出高電平。紅外對管與單片機的連接：棕色接電源正，蘭色為電源負，黑色為輸出，接單片機的端口。

3.4 追光模塊

本設計運用三個光敏二極管、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度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大。追光電路如圖2所示。

3.5 金屬探測模塊

本設計采用電感式接近開關實現小車對金屬的探測功能。電感式接近開關屬于一種有開關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生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數發生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。調節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，蜂鳴器鳴響并在數碼管上顯示累計檢測到的金屬物數量。傳感器與單片機的連接方法：棕色接電源正，蘭色為電源負，黑色為輸出，接單片機端口。

4 結束語

通過測試證明，這種以AT89S52為核心，結合漫反射式光電傳感器、電感式接近開關、光敏二極管和LM393的簡易智能小車運行靈活、穩定、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生摩擦，影響正常行駛，也可能與待檢測的金屬物產生碰撞，而無法實現金屬探測功能。