基于STC89C52單片機的智能尋跡小車的設計與實現

趙芳芳 喻亞萍

摘 要：隨著汽車科學技術的進步，對于智能小車的實驗與設計越發重要.智能小車一致具有自動尋跡、躲避障礙物、報警等功能.其所運用的知識較為廣泛， 主要涉及到汽車、機械和計算機等專業.智能小車不但代表汽車技術的發展， 也是學校培養機電一體化學和動手能力的主要手段。本文所設計的小車采用STC89C52芯片作為主控制芯片，通過實時檢測各個模塊傳感器的輸入信號，利用3路紅外傳感器尋跡模塊檢測黑線實現尋跡，小車電機驅動采用L298N芯片，根據內置的程序分別控制小車左右兩個直流電機運轉，實現小車自動識別路線，到達終點時小車自動停止蜂鳴器發出警報。另外，在小車上添加測速模塊，利用單片機內部定時器、外部中斷以及串口通信，測出小車行駛的總路程，數據通過藍牙傳感器以十六進制數的形式在手機上顯示出來。并在此基礎上增添超聲波模塊，利用超聲波的發射與接收，采用單片機IO口查詢相應信號，判斷小車與障礙物的距離，在距障礙物15cm左右的距離時，通過程序控制小車實現自動避障，且在繞過障礙物后回歸原始路徑。

關鍵詞：單片機控制；直流電機；紅外線傳感器；測速模塊；避障模塊；

本智能尋跡小車的硬件部分主要由STC89C51為主控芯片，主要包括電源模塊、電機驅動模塊、尋跡模塊、超聲波模塊測距模塊等，其中控制系統的大概結構如圖1所示。

電機方面，本小車采用直流電機。它的優點在于硬件電路設計簡單。當外加額定直流電壓時，由于其內部由高速電機提供原始動力，帶動變速齒輪組，可以產生大扭力，能夠很好地控制。轉速幾乎相等，調速性能較好，且性價比高。并采用L298N驅動集成電路。當驅動電機時，單片機可以控制與兩路電機相連的IO口的邏輯電平，以達到控制小車車輪轉向的目的

尋跡方面，本車采用3路紅外傳感器尋跡模塊。外傳感器尋跡模塊由紅外發射管和接受管組成，三個光電三極管分別放置在小車車頭的左側、右側和正前方，紅外發射管發出紅外線，當發出的紅外線照射到白色的平面后反射，接收管接收到反射光，經施密特觸發器整形后輸出低電平；當紅外光遇到黑線時則被吸收，接收管沒有接收到反射光，經施密特觸發器整形后輸出高電平。這樣，單片機通過實時檢測IO口的高低狀態，根據內部程序對小車的前進方向進行調整，達到尋跡的目的。

關于路程和時間的測量，本車采用測速模塊。測速模塊采用槽型對射光電傳感器，它由一個紅外發光二極管和一個NPN光電三極管組成。只要非透明物體通過槽型即可觸發（本小車選用帶有20空格的碼盤）輸出TTL低電平，接好VCC和GND，模塊信號指示燈會亮，模塊槽中無遮擋時，接收管導通，模塊OUT輸出高電平；遮擋時OUT輸出低電平，信號指示燈滅。OUT口可以與單片機IO口（P3^2）產生外部中斷，通過計算外部中斷個數可以測得輪子轉的次數進而計算出小車運動的路程。對于時間，本設計利用單片機內部定時器T0計算小車尋跡總時間，小車開始時打開定時器T0，設計每50毫秒一次中斷，小車運動結束后，關閉中斷，總時間就是中斷次數與50毫秒的乘積。在此基礎上，添加藍牙模塊，通過軟件編程，利用單片機的串口通信，即可將計算好的數據通過SBUF緩存器發出來。藍牙傳感器作為媒介，在手機上下載藍牙串口助手，實時連接，數據便可顯示。

關于避障方面，本小車采用超聲波模塊。第一步，先實現超聲波的測距。通過超聲波發射裝置發射超聲波，根據接收器接收到感應超聲波時的時間差就可以測出超聲波源與障礙物之間的距離。本系統采用HC-SR04模塊，此模塊的典型工作電壓為5V，盲區小與2cm，精度可達0.3cm。根據測速模塊的時序圖，單片機采用IO口觸發測距法，使用時在控制端發送一個10μs以上的高電平，就可以在接受口等待高電平的輸出。一有輸出就可以開定時器計時，當此口變為低電平時就可以讀定時器的值，即高電平持續的時間就是超聲波從超聲波發射到返回的時間t，又已知超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，則可以算出波源與障礙物之間的距離S（單位為毫米），距離計算公式如下： 。在此基礎上，通過編程設計在距離障礙物15厘米左右時，實現特定的轉彎避障，此過程需要大量調試，反復修改參數。

參考文獻：

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