基于單片機的智能小車自適應跟蹤系統(tǒng)

(黑龍江科技大學電氣與控制工程學院 黑龍江 哈爾濱 150022)

先進的輔助駕駛系統(tǒng)目前是國內外研究的主流，汽車定速巡航系統(tǒng)已經在很多汽車上得到成熟的應用，在一定程度上可以減少駕駛員駕駛強度，并且后車與前車之間會保證一定的行駛距離，既緩解了駕駛者的駕駛疲勞又提高了汽車的主動安全性[1]。本次設計是用STC89C52作為控制器的智能小車代替現(xiàn)實中汽車進行研究。在智能小車上安裝有避障傳感器可以實現(xiàn)小車的避障功能和安裝相應的數據處理模塊進行處理,當避障模塊檢測到前方事物時可以通過程序改變小車的行進方向和行駛速度,以保證不會發(fā)生碰撞，此次研究具有一定的實用價值[2]。

一、控制系統(tǒng)的硬件設計

(一)控制芯片。本次設計使用的控制芯片是STC89C52它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。而且還擁有靈巧的8 位CPU 和系統(tǒng)可編程Flash。使得STC89C52為眾多嵌入式控制系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。

(二)電機的選擇。直流電動機是一種將進行機電能量轉換的電氣裝置，將電能轉化成機械能。本次設計采用的是直流減速電機，它的工作電壓范圍為3～7.2V，該電機具有啟動性能好、調速范圍大和過載能力強等特點，本次設計電機采用PWM調速方式[3]。

PWM信號對電機調速的原理：使用PWM信號時，靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，電壓減小電機的轉速就會下降。再通過改變周期來控制輸出頻率，脈沖頻率越高，連續(xù)性就越好。

(三)紅外避障模塊。紅外避障的原理：通過紅外接收管接收紅外光強度，判斷前方是否有障礙物；逆時針調節(jié)避障電位器，縮短障礙物檢測距離，順時針調節(jié)避障電位器，增大檢測距離；當紅外避障對管檢測到障礙物時，避障指示燈亮起，反之熄滅[4]。

紅外避障模塊由左右2組紅外對管(LEAS1、RC1、LEAS2、RC2)、電壓比較芯片(U5)、電位器(RW1、RW2)、狀態(tài)指示LED燈(LED4、LED5)組成。紅外尋跡模塊由智能小車底板上2組紅外對管(U1、U2)、電壓比較芯(U5)、電位器(RW3、RW4)、狀態(tài)指示LED燈(LED2、LED3)組成。

(四)超聲波測距模塊。超聲波模塊原理圖如圖1.1所示，超聲波模塊的工作過程如下所示。首先給觸發(fā)控制信號輸入端口不少于10μs的高電平觸發(fā)信號，其次通過超聲波模塊內部芯片分析計算后，這時超聲波發(fā)射器會發(fā)送8個40KHz的方波，然后超聲波接收器會檢測是否超聲波返回信號，最后檢測是否有超聲波返回信號，若檢測到說明超聲波被反射回來，這時回響信號端口會輸出一個高電平，超聲波從發(fā)射到超聲波返回的時間就是高電平持續(xù)的時間長短。但是超聲波測試的范圍在400cmm之內，若超出此范圍超聲波接收器接收不到返回信號，超聲波模塊的時序圖如圖1.2所示，高電平持續(xù)的時間長短與所測的距離成正比。

圖1.1 超聲波模塊原理圖

圖1.2 超聲波模塊的時序圖

二、項目研究的具體內容以及軟件設計

1、對前車進行編程設計，使得前車具有啟動，調速，避障的功能。通過PWM信號對電機進行調速，當對小車避障的功能進行檢測時，如果小車的左右傳感器探測到前方有障礙物時，則控制小車的左右電機向后轉使得小車向后退，再控制小車向左轉1s，再直行；如果小車的右側傳感器感測到障礙物則小車左電機向后轉，右電機向前轉，實現(xiàn)左轉彎；如果小車的左側傳感器感測到障礙物時，則小車左電機向前轉，右電機向后轉，實現(xiàn)右轉彎；從而實現(xiàn)小車的避障目的。

2、加入后車(B車)，給后車裝上超聲波測距?？?，并且給電機定一個固定的速度，當后車與前車(A車)之間的距離d超過安全距離時則后車停止前進，否則后車將保持固定的速度跟隨前車[5]前行。

三、總結

本次智能小車的設計主要分為硬件設計和軟件設計，該設計主要有這幾個步驟，即首先是確定智能小車需實現(xiàn)的功能，其次根據實現(xiàn)的功能選擇所需的關鍵硬件，最后設計硬件電路；在硬件設計完成之后，根據小車所需實現(xiàn)的功能編寫軟件程序。智能小車的制作主要是兩部分，即小車底板制作和小車底板與開發(fā)板的銜接。實現(xiàn)了前車的啟動、調速以及避障的功能，后車則實現(xiàn)自適應跟隨的功能。

在論文的撰寫過程中，查閱并閱讀了大量的文獻，對小車的每一個模塊進行了學習并完成了小車需要的功能，最后不斷地對程序進行調試，使小車實現(xiàn)的功能更加完善。