雙智能小車設計

劉保通　王耀　張馨月　李崢

摘 要：設計一款雙智能小車.采用AT89S52單片機為控制中心，L298N控制電機轉動，紅外傳感器RPR220識別跑道，顏色傳感器TCS230識別路燈顏色，光反射式接近開關方法測量智能小車運動過程中的距離.電路結構簡單，設計比較容易實現.

關鍵詞：雙智能；傳感器；單片機

[中圖分類號]TP242.6 [文獻標志碼]A

Abstract：This thesis designs a double-intelligent car. The core of the car is AT89S52， controlling L298N to make two DC motors working. This function is involved with the realization of sound control by circuits， and the realization of position seeking by sensor RPR220 in the black track of the road， and the realization of the recognition to traffic signal lights by color sensor TCS230， and the distance measurement to the intelligent cars moving process by the way of light reflection approaching switch. This design used different sensors to achieve the basic functions， and these sensors can be controlled by SCM to realize the expected functions.

Key words：double intelligence； sensor； SCM

1 總體設計方案

小車的電路設計見圖1.系統包括主控模塊、尋跡模塊、聲控模塊、電機驅動模塊、電源模塊、感光模塊及測距模塊.[1]系統以控制模塊為核心，由單片機控制.電源模塊為主控模塊和驅動模塊；尋跡模塊探測地面上黑色路線，通過紅外傳感器RPR220實現尋跡功能；驅動模塊是硬件的必備部分，實現小車的基本驅動要求；聲控模塊用聲音信號啟動小車，用聲音傳感器模擬電路；保護電路保護驅動模塊.[2]

2 單元模塊設計

主控芯片使用51系列AT89S52單片機，尋跡模塊使用光電傳感器RPR220制成尋跡模擬電路，感光模塊由顏色傳感器TCS230和單片機組成感光電路，電機驅動模塊由驅動芯片L298N和減少干擾的光耦組成電路，電源采用的是直流穩壓電源，主要由變壓器、整流橋、LM317組成的電路及LM7805組成.

2.1 聲控模塊設計

聲控模塊如圖2所示.當聲音傳感器MIC有聲音信號時，C1電容采集信號，在三極管Q1放大后，進行電壓比較，此時LM358輸出的是低電平；當聲敏傳感器MIC沒有檢測到聲音信號時，LM358輸出高電平.輸出的高低電平由單片機控制.

用單片機開發板調試聲控電路的靈敏度較好.外界聲音的強度要大于一定強度才能有低電平輸出，需要外接一定強度的聲音才能啟動小車.[3]

2.2 尋跡模塊設計

6個光電傳感器和LM339AN構成尋跡模塊[4]，當檢測到黑線時，輸出端（OUT端）輸出低電平，返回給單片機，單片機做相應的控制.尋跡模塊原理如圖3所示.尋跡電路正常工作時，光電管在黑線和白紙上移動，圖3中R2上端的電壓（即LM339的4腳）變化可以達到3～4 V.如果電壓變化不明顯，則需要更換R2阻值，因為R1和R2阻值直接影響尋跡模塊實驗結果的性能及穩定性.R1為限流電阻，其大小決定發射管的功率.發射管發射功率越大，可尋跡空間范圍越大. R1阻值為：

2.3 感光模塊設計

感光模塊工作原理如圖4所示.用TCS230的引腳S2和S3，改變輸出比例因子的值2%，20%和100%，非靜態地得到期望的濾波器[9]，判別光源的出處.傳感器的輸出頻率值為2 Hz～500 kHz，電源線的電容退耦值為0.1～10 μF，電容離芯片越近效果越好.為了增強抗噪聲性能，將低阻抗連接到芯片的OE引腳和GND引腳之間.選擇低速頻率計數器，達到判斷紅綠燈的要求.感光模塊將單片機和顏色傳感器結合起來.[5]顏色傳感器上面有64個發光二極管.這些發光二極管劃為四類，分別為16個綠色濾波器、16個紅色濾波器、16個藍色濾波器，剩下的16個為一類，能透過光信息.64個發光二極管交叉排列可提高顏色識別的精確度，降低入射光輻射的不完整性，提高其利用率.16個顏色一樣的光電二極管整齊地并聯起來，消除位置誤差.

2.4 電機驅動模塊設計

電機驅動模塊由單片機最小系統、驅動芯片L298N、直流電機、光電耦合器組成，如圖5所示.單片機通過光電耦合和L298N的4個輸入端和2個使能端相連接，通過四個輸入端輸入PWM波，控制小車左右轉、倒車和停車.使用光電耦合主要是為了隔離單片機和L298N，增加單片機的穩定性.輸出端和直流電機相連接，每個直流電機的兩端并聯一個104的電容目的是濾波，增加電機的穩定性.

2.5 電源模塊設計

電源模塊有電源變壓器、濾波電路、穩壓電路等幾部分構成，輸出端并聯在2個L7805上，如圖6所示.電源模塊需要直流穩壓[7]，采用先變壓、再整流、再濾波、之后再穩壓的方式，獲得可調節的電壓為1.25～24 V的直流電.采用220 V市電利用變壓器，對電流點進行整流、正弦波的轉變、濾波等一系列的操作得到適用的輸出電壓，最后通過穩壓電路穩定輸出5 V和12 V電壓.

2.6 測距模塊設計

光電傳感器原理見圖7.光電傳感器將發射和接收結合在一起[8]，通過對發射光進行一系列的操作降低可見光的影響.三個輸出端口的NPN型光電開關，一個端口與電源、一個與數字地、另一個與單片機接口相連.數字電路中的高、低電平用0，1表示，小車尾部的電位器可改變障礙物間的距離.

3 結論

設計了一款雙智能小車.運用聲控電路實現聲音控制，采用RPR220傳感器實現尋跡（按路面的黑色軌道行駛），通過顏色傳感器TCS230實現紅綠燈的識別，采用光電反射式接近開關實現測距.小車通過調整PWM值，穩定高速前行.測試結果表明，小車運行正常，達到設計要求.

參考文獻

[1]陳飛鵬.基于STC89C52單片機智能小車設計[J].硅谷，2012（11）：43-44.

[2]高華磊，遲雨杰，張少飛，等.多功能智能車的論證與設計[J].中國科技信息，2012（11）：141-141.

[3]魯小雨.基于MC9S128單片機的智能小車控制系統設計與實現[J].成都大學學報：自然科學版，2011，30（3）：，264-267.

[4]葉鄭凱，朱建鴻，李琳，等.基于單片機的無線遙控智能小車的設計與實現[J].計算機與現代化，2012（10）：65-67.

[5]樊澤明，梁振濤，馬龍.一種基于單片機的智能小車設計[J].工業儀表與自動化裝置，2014（2）69-73.

[6]葛廣軍，楊帆.基于單片機的智能小車控制系統設計[J].河南城建學院學報2011，20（3）：47-50.

[7]馮平，張治平.基于可調式穩壓器LM317的直流穩壓電源[J].電子測試，2009（5）：70-73.

[8]劉愛華，滿寶元.傳感器原理與應用技術[M].北京：人民郵電出版社，2006.

編輯：吳楠