基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)與制作

劉丹妮 朱凱

摘要：智能小車由STC89C52為核心，并且使用一臺單片機(jī)來控制l298N電機(jī)的驅(qū)動模塊并可以直接控制一輛智能駕駛小車。它利用超聲波傳感器來準(zhǔn)確地識別道路上的障礙物并進(jìn)行避障。它是使用紅外線傳感器來檢測路徑軌跡，并將被檢測的信號回放到單片機(jī)以便實(shí)現(xiàn)追蹤功能通過判斷和分析單片機(jī)采集的信號并控制驅(qū)動馬達(dá)以使得智能小車具備轉(zhuǎn)向功能，智慧小車可以避開前方的障礙物，沿著路徑行走并自動跟蹤和躲避其他障礙物，來完成對智能小車的轉(zhuǎn)向和避障。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);智能小車;避障;尋跡紅外

1、主控系統(tǒng)

STC89C52是一款采用帶有高性能且低驅(qū)動功耗的8元的CMOS系列微控制器。它們還擁有一個(gè)可以內(nèi)置于8K素微控制器接口中的32位可編程圖形閃存。STC89C52使用了一個(gè)傳統(tǒng)級的MCS-51內(nèi)核;但是，為了能夠繼續(xù)努力保持這種傳統(tǒng)51單片機(jī)所可能沒有的數(shù)位芯片設(shè)計(jì)特點(diǎn)，已經(jīng)對其性能進(jìn)行了許多新的改善，STC89C52是一個(gè)同時(shí)具有一種智能8位閃存處理器和一個(gè)系統(tǒng)級的可編程數(shù)位閃存設(shè)計(jì)特點(diǎn)的數(shù)位單芯片，為許多其他數(shù)位應(yīng)用者系統(tǒng)提供了非常靈活和高效的軟件解決模式方案，系統(tǒng)可以集成許多控件[1]。

一、復(fù)位操作

復(fù)位操作就是對微控制器進(jìn)行的初始化。它的主要目標(biāo)之一就是將pc初始值變成0000h，以便于微控制器自0000h單元起就可以執(zhí)行該程序。除了需要啟動正常的系統(tǒng)初始化以外，如果一個(gè)系統(tǒng)因程序的執(zhí)行或者操作錯(cuò)誤而自動崩潰，您還可以按下重新啟動或者清除系統(tǒng)中的按鈕。

二、復(fù)位信號及其產(chǎn)生

由兩個(gè)集成模塊一起組成此次功能復(fù)位的集成電路，那么它們就是一個(gè)芯片內(nèi)部和就是芯片外部。外部復(fù)位電路所連接產(chǎn)生的一個(gè)內(nèi)部復(fù)位檢測信號（RST）同時(shí)發(fā)送給施密特觸發(fā)器，并且片上的一個(gè)復(fù)位檢測電路在每一塊板的S5P2上板中都會同時(shí)顯示施密特觸發(fā)器的一個(gè)輸出，以便于檢測內(nèi)部的一個(gè)復(fù)位電路操作。有兩種方法使用戶可以進(jìn)行相位重置的過程：手動重置一個(gè)相位的按鈕，以在其上電時(shí)自動進(jìn)行相位重置，通過向外部的相位重置電路充電，可以在上電時(shí)自動重置。這就說明只要VCC功率的上升持續(xù)時(shí)間不可能超過1ms/秒，機(jī)器循環(huán)以在開機(jī)時(shí)獲得自動重啟。手動復(fù)位的工作方式主要有以下兩種：第一種采用的是電平模式，而第二種采用的就是脈沖模式[2]。

2、電機(jī)驅(qū)動與避障模塊

功率控制晶體管信號可以直接用來控制作為一個(gè)直流功率信號放大器的一個(gè)輸入，以用來控制一個(gè)直流電的發(fā)動機(jī)。線性驅(qū)動電路，不僅加速強(qiáng)，而且構(gòu)造簡略不復(fù)雜，加速的能力也很不錯(cuò)。使用由達(dá)林頓管制成的H橋電路。

兩對紅外燈管分別布置在車身前部和軌道的各一側(cè)。根據(jù)接收黑線和白色光電的兩個(gè)開關(guān)進(jìn)行選擇，控制轎廂方向以設(shè)置轎廂方向。測試結(jié)果表明，只要正確地安裝了光電開關(guān)的位置，就可以提供足夠的跟蹤能力。

3、硬件設(shè)計(jì)

使用前驅(qū)作為智能型小車進(jìn)行驅(qū)動，前輪的左側(cè)和右側(cè)由一臺電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，并通過調(diào)節(jié)其前輪速度以便于啟動和停止來控制方向。后輪是通用的支撐輪。把左右兩根光電耦合管分別放置于身體下方。此時(shí)，當(dāng)位于車輛底部左側(cè)的傳感器被檢測為黑線，主控制芯片將命令左輪馬達(dá)停止，然后車輛再次向左進(jìn)行校正。此時(shí)，當(dāng)汽車右下方的傳感器被檢測至黑線位置時(shí)，主控制芯片將命令右輪馬達(dá)停轉(zhuǎn)，汽車則向右下方進(jìn)行校正。

避障原則與追趕原則相同。一對光電管安裝在主體的右側(cè)。當(dāng)檢測到障礙物時(shí)，主控制芯片會發(fā)出信號并警告車輛正在倒轉(zhuǎn)并避開障礙物。

小型直流發(fā)動機(jī)的專用驅(qū)動器，l293芯片是采用的方式是一個(gè)集成H橋電路。它的輸出電流范圍為1000mA，最大輸入電流范圍為2A，最大的工作電壓范圍為36V，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，因?yàn)樗軌蚩刂茊纹瑱C(jī)的電感負(fù)載，特別是它可以連接到一個(gè)單片機(jī)的兩個(gè)輸入端。由微控制器很方便的控制。

4、信號檢測模塊及主控電路

當(dāng)智能小車行駛到路線內(nèi)時(shí)，會通過檢測路面反射光線的大小來判斷并監(jiān)控，因?yàn)槁访嫔嫌胁煌姆瓷浯笮∠禂?shù)。在信號檢測模塊中，運(yùn)用了紅外探測，這種檢測方法應(yīng)用非常廣泛，紅外探測會采集紅外線檢測到的不同物體的反射特性，簡單可靠，而且它會持續(xù)地放射紅外線。這便是智能小車的監(jiān)控原理[3]。

主控電路的主要功能是對已經(jīng)采集到的信號進(jìn)行檢測分析，并且要計(jì)算和控制電機(jī)的運(yùn)行速度，以及起動和停止。檢測障礙的功能也受到它的控制以及報(bào)警功能。

5、結(jié)語

本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)和傳感器原理，以STC89C52單片機(jī)為主控芯片，采用L298N和12V直流電機(jī)為驅(qū)動元件，通過軟件編程制作了一整套結(jié)構(gòu)完整，功能模塊化，反應(yīng)較為靈敏的超聲波避障小車。經(jīng)過對該避障小車的避障測試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該避障小車能夠很好的按照預(yù)期完成避障動作，并且能夠快速運(yùn)動靈敏避障，效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定性較好。

參考文獻(xiàn)

[1]陳紅梅.淺談多傳感器信息融合技術(shù)[J].科技信息，2012（18）：33-34.

[2]洪淼淼.蔡寧.基于STC89C52的智能小車[J].電子世界.2016（11）：41-42.

[3]盧威.智能小車避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南昌大學(xué)，2012.