電動智能小車的設計與應用

郗雪蕾

摘 要：51系列單片機中的80C51是一款常見的八位單芯片控制器，以單片機為控制核心，通過輸入輸出接口來接收超聲波傳感器傳遞過來的探測信號，從而達到避開電動小車在前方道路上遇到的障礙物，同時調整行駛速度。還可以通過光照傳感器來控制行駛軌跡，具備循跡功能。使用數碼顯示來顯示行駛的速度，行駛時間以及行駛的里程數。

關鍵詞：80C51單片機;自動避障;自動控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.035

1 前言

隨著科學技術的進步和汽車工業的發展，電子計算機等新科技成果與現代汽車技術相結合產生了智能車。實現汽車的智能離不開新型的外部傳感器件，只有通過外部傳感器件才能感知外部世界，同時也離不開高效的處理核心，只有對外部感知信息做出正確的判斷和處理才能指揮汽車做出正確的行動。目前我們對汽車的研究越來越深入也越來越精細，從而推動社會的進步和人民生活水平的提高。

2 系統總體設計

系統采用了80C51為系統的控制核心[1]，80C51是一款八位處理器單芯片控制器，它的系統完整性能夠滿足數據采集需要，并且也能滿足對數據進行處理的時間精度的要求。使用超聲波傳感器來傳遞小車附近的障礙信息，超聲波傳感器將超聲波信號轉換成數字信號通過接口傳遞給控制核心，控制核心再根據收到的數字信號來控制小車的行駛。同樣使用光電傳感器來尋找小車行駛的軌跡，我們一般給小車布置黑色的行駛軌道。我們采用共陰極的數碼管來實現行駛時間、速度和里程的顯示。

3 硬件設計

3.1 51單片機硬件結構

80C51是一個八位的單芯片微處理器，能夠進行數據存儲和程序存儲，具有片內存儲和片外存儲這兩種存儲結構，其中片內存儲容量較小，片外可擴展至64K字節。它具有4個8位輸入輸出口，也就是32個位可控制口，同時都是雙向口。具有2個外部中斷、2個定時器和1個串行口，總共這5個中斷源，這5個中斷源在控制中經常用到。它有片內振蕩電路和時鐘產生電路，只要外接晶體和電容就可以產生振蕩頻率。

3.2 最小系統的設計

最小系統以80C51單片機為核心，并且接上時鐘電路片外所需的晶體電容以及復位電路即可。80C51的時鐘方式采用的是內部時鐘方式，內部時鐘方式延時小、能耗少、精度高。振蕩電路的產生是通過在XTAL1、XTAL2引腳上外接一個定時單元，從而產生自激式振蕩。復位電路是一種用來使電路恢復到起始狀態的電路設備，有上電復位和手動復位兩種方式，本系統采用的是上電自動復位的方式。這樣整個單片機系統就可以正常工作了，我們對電動小車的設計也就邁出了很重要的一步。

3.3 前向通道設計

前向通道包括超聲波傳感器模塊[2]和紅外光電傳感器模塊這兩部分。超聲波傳感器通過超聲波信號來探測前方障礙物的信息，一旦探測值達到規定范圍，則轉換為數字信號傳遞給控制核心。紅外光電傳感器模塊可作為小車的循跡傳感模塊，通過遮光處理來規定小車的行駛軌跡。

3.4 后向通道設計

在單片機控制核心收到前方傳感器發送給的數據信息后，單片機要根據收到的數據做出正確的判斷，并且啟動相應的接口程序，控制小車進行相應的動作。

3.5 顯示電路設計

顯示小車行駛的時間、速度和里程使用的是8位八段數碼顯示來實現的，其中4位顯示時間時和分，另外4位顯示速度和行駛的里程。

4 軟件設計

在完成了整個硬件系統的設計之后，我們最大的工作和最多的難題就是來對每個應用來編寫相應的程序。整個系統的軟件設計也是有著舉足輕重的地位。只要編寫了正確的軟件程序，才可以讓我們面前的這一堆物件動起來。

以單片機為核心的控制系統，主要包括對接收到的數據進行處理和根據接收到的數據進行過程控制。數據處理主要包括數據的采集、數據的轉換、數據的接收、數據的判斷等。過程控制包括對接收到的數據進行分析和判斷，控制外部設備的動作。

在整個系統的軟件設計中，我們采用模塊化的設計方法，先對前向通道中的模塊進行軟件設計，包括超聲波傳感器模塊和紅外光電傳感器模塊。再對后向通道進行軟件設計，后向通道的軟件設計是本系統的主要工作內容，不僅包括對超聲波傳感器模塊傳遞過來的信息的判斷處理和紅外光電傳感器模塊傳遞過來的信息的判斷和處理，還包括實時時間的顯示，速度的顯示和行駛的里程數的顯示。

5 總結

以80C51這個8位單芯片微處理器為控制核心，以超聲波傳感器和紅外光電傳感器為外接模塊，依據現有的電動小車，在原來的基礎上進行改進，通過外部傳感器模塊傳遞外部信息傳遞給單片機控制核心進行處理，從而實現了智能電動小車的設計和應用。

參考文獻：

[1]李群芳.單片微信計算機與接口技術[M].北京：電子工業大學出版社，2015：16-26.

[2]趙勇.傳感器敏感材料及器件[M].北京：機械工業出版社，2012：93-98.