智能車輛導航系統

張媛，湯舜彬

[摘 要] 研究了一種基于AGV理論的智能車輛導航系統，即陸地自主行駛車輛。這個系統選擇紅外循跡作為該系統的導引方式，能讓小車沿著預定路徑行駛，遇障停止以及判斷不同路徑長短，從而進行規劃。這種自動導引的方式的導航系統小車可以廣泛應用于工廠車間的搬運工作中，大大減輕了車間搬運工作量。

[關 鍵 詞] STC12C5A60S2 單片機芯片；HC-05藍牙模塊；L293D驅動模塊；循跡 HJ-IR2

[中圖分類號] U471 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）06-0151-01

一、硬件設計

（一）STC12C5A60S2模塊

該芯片為插針式、單時鐘、1T機器周期，程序指令執行速度快，功耗低，抗干擾極強的新生代8051單片機，其程序指令代碼完全兼容傳統8051芯片。

（二）驅動模塊

驅動部分采用雙路L293D直流電機驅動模塊，可通過程序控制小車前后左右四個方向的控制。在該項設計中使用了四驅智能小車核心集成板，這個開發板自帶了雙路L293D直流電機驅動，而且還集成了51最小系統，全新集成LM2596S開關電源穩壓芯片，支持6-12V寬電壓輸入，經過穩壓后輸出多路5V給傳感器和單片機使用。

（三）循跡模塊

該智能小車系統紅外導引使用的是2個HJ-IR2不怕光紅外循跡傳感器模塊。當檢測到淺色地面時，紅外管發出的紅外信號被紅外接收管接收回來，經集成的芯片放大、比較后，點亮模塊上的信號輸出LED指示燈，同時可以輸出一個低平信號，其電平變化可以作為單片機的信號輸入檢測，通過程序控制外部各種驅動模塊之用，其中檢測到黑線則不反射紅外信號。

（四）光電傳感模塊

該系統采用E18-D80NK探測距離可調光電傳感器模塊。檢測到物體距離小于某個范圍時為低電平輸出。其中檢測距離可以根據要求進行調節，調節方式為通過尾部的電位器旋鈕進行調節。

（五）藍牙模塊

HC-05是主從一體化的嵌入式串口通信模塊，具有兩種工作模式，分別為命令響應工作和自動連接工作。在自動連接工作模式下又分為主、從機和回環三個角色。當屬于命令工作模式時能執行AT指令，例如，藍牙模塊與PC機相連時，用戶可通過串口調試助手向模塊發送各種AT指令進行相應配置，如設置藍牙為從機模式，設置藍牙的波特率、藍牙啟動密碼、任意地址鏈接模式等。其中模塊工作狀態的轉換可通過控制模塊外部引腳輸入電平來實現。

二、軟件設計

（一）系統數據流向

數據流向是單向部分：對光電避障模塊和紅外循跡模塊，單片機只需監測輸出引腳電平變化數據即可。避障模塊檢測到低電平時即前方有障礙物，循跡模塊檢測到黑線時會給輸出端口一個高電平。

根據上述兩個模塊輸出端口電平變化，單片機對L293D輸入引腳根據信息輸出不同的電平，以此來實現相應方向控制。

數據流向雙向部分：藍牙模塊與單片機還有手機的通信，屬于全雙工通信。藍牙是作為一個信息傳遞的中介：藍牙模塊的引腳與單片機串口相連，實現雙向通信。藍牙與手機APP配對，實現無線通信。

（二）程序流程

程序一開始讓小車處于停止狀態，此時對中斷允許寄存器和中斷控制寄存器進行設置，開啟總中斷和串口1中斷，選擇定時器1，16位數據模式，并且設定好初值TH1和TL1，使定時器1每1ms觸發一次，直到1000ms時將計時變量runtime值顯示到APP上。串口中斷開啟后一旦檢測到串口發來的數據，單片機自動觸發串口中斷。

程序設置完中斷有關的寄存器后，執行while（1）循環，進入串口數據讀取判斷部分，串口讀取的數據賦給串口變量com，通過if結構對串口com值進行相應判斷。

如果串口com讀取的數據為字符“1”（也可轉為ASCII碼值，字符“1”的ASCII碼為0×31），小車開始循跡，進入下一判斷，通過循跡模塊的輸出引腳的變化，即通過鋪設的黑線路徑選擇相應的前進方向。程序中Left_moto_go，Left_moto_Stop，Right_moto_go，Right_moto_Stop這四個定義的程序分別代表小車的左右四電機的運轉情況，通過分別使用這四個程序指令，完成小車的方向操作。如果讀取串口的com變量為字符“2”（ASCII碼為0×32），則小車停止。同時在定時器中斷進行計時里也有對串口讀取數據值的判斷，這個判斷在讀取到字符“2”時，停止計時，此時手機APP停止接收時間數據。

定時器1的中斷函數經過初值設置，每1ms進行一次。此時引入靜態變量cnt，經過調用隨著中斷次數的增加cnt本身值也隨之增加，直到cnt為1000ms，cnt清0，執行串口數據判斷，若端口數據變量com讀取的數據為字符“1”，時間變量runtime數值加1（runtime初值為0），并將runtime的數值通過藍牙送給APP界面顯示，直到com讀取數據為字符“2”時（即APP按下停止鍵），runtime清0，此時停止顯示時間。

這樣就實現了每1s計時一次并顯示的功能，循跡檢測不到黑線時小車停止，說明路線已經走完，此時強行給串口變量com賦值字符“2”，停止計時。智能車輛導航系統正是通過這個顯示的時間來判斷路徑的遠近。

由此計時可總結為：（1）路徑時間長短為啟動鍵按下到停止鍵按下后這一時間間隔。（2）路徑長短為循跡開始到路徑結束后的計時。