智能小車的設(shè)計

摘 要：文章設(shè)計了一種能遙控啟停的智能小車，采用AT89C52作為小車的檢測和控制核心，該智能小車能實現(xiàn)語音遙控、自動行駛、自動避障，里程統(tǒng)計并發(fā)出指示信息等功能。

關(guān)鍵詞：智能小車；AT89C52

中圖分類號：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0007-02

文章設(shè)計的智能小車，采用AT89C52作為小車的檢測和控制核心。根據(jù)設(shè)定的行進(jìn)軌跡及要求，采用紅外傳感器進(jìn)行里程統(tǒng)計，超聲波及紅外傳感器進(jìn)行目標(biāo)識別與避障；采用步進(jìn)電機(jī)對車的轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位；此外，由發(fā)光管給出指示信號。車行駛中的各種功能控制由軟件實現(xiàn)，同時采用紅外遙控方式控制小車的啟動、停止及狀態(tài)轉(zhuǎn)換，其中紅外發(fā)射部分加入凌陽聲控系統(tǒng)，實現(xiàn)語音控制。

1 系統(tǒng)原理框圖

本文所設(shè)計的以AT89C52為檢測和控制核心的系統(tǒng)原理如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

①前輪電動機(jī)驅(qū)動模塊的設(shè)計。本次設(shè)計采用的是從廢舊軟驅(qū)上拆下的步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動芯片，體積小、性能好，使用方便。其原理如圖2所示。兩路輸入信號的頻率皆為40 Hz，占空比50%，相差90°，此時電機(jī)處于最佳狀態(tài)。

②后輪電機(jī)驅(qū)動模塊的設(shè)計。后輪采用普通直流電機(jī)，通過控制脈沖占空比算法，實現(xiàn)對小車速度的控制。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、帶載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。驅(qū)動部分選擇了電機(jī)專用驅(qū)動芯片L298。L298 是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計的推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性能；四個輸出端具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道峰值電流能力可達(dá)2 A。

③紅外遙控發(fā)射模塊的設(shè)計。為了提高傳輸信號的抗干擾能力，還需將編碼信號調(diào)制在較高頻率的載波上發(fā)射。由于接收部分采用的1838紅外集成接收頭要求載波頻率為38 kHz，故采用CMOS門電路構(gòu)成的脈沖調(diào)制振蕩電路，振蕩頻率：f=1/（2.2RTCT）。發(fā)射部分采用中功率三級管8550，利用其開關(guān)特性驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光。電路原理如圖3所示。

④紅外遙控接收模塊的設(shè)計。紅外接收頭有較強(qiáng)的指向性，使用時稍有不便。所以本次設(shè)計采用兩個接收頭背向放置的方式，以此增大了接收范圍，紅外接收頭放置方式如圖4所示。

接收解調(diào)部分：采用1838紅外集成接收頭。它將紅外接收管與放大電路集成在一體，體積?。ù笮∨c一只中功率三極管相當(dāng)），密封性好，靈敏度高，并且價格低廉。它僅有三條管腳，分別是電源正極、電源負(fù)極以及信號輸出端，其工作電壓在5V左右，只要給它接上電源即是一個完整的紅外接收放大器，使用十分方便。其主要功能有放大、選頻和解調(diào)，要求輸入信號需是已經(jīng)被調(diào)制的信號。經(jīng)過它的接收放大和解調(diào)會在輸出端直接輸出原始的信號，而且靈敏度和抗干擾性都非常好

解碼部分：采用與MC145026配對使用的通用接受解碼器MC145027，將解調(diào)后的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，使其成為BCD控制代碼，并使控制代碼并行輸出。其外圍電路中的R1、C1組成的電路用來判定接收到的脈沖是窄脈沖還是寬脈沖，時間常數(shù)R1C1應(yīng)調(diào)整為1.72×編碼器時鐘周期，即R1C1=3.95RTCCTC。R2、C2組成的電路用來檢測接收到的末位信號，時間常數(shù)R2C2應(yīng)等于33.5×編碼器時鐘周期，即R2C2=77RTCCTC。這個時間常數(shù)用來判定輸入Din保留電平的時間是否已達(dá)到4個數(shù)據(jù)周期，達(dá)到了則數(shù)據(jù)提取電路將提取到的低電平信號送到控制邏輯電路，控制邏輯電路是有效傳輸輸出端VT為低電平，此時傳輸終止。

{5}車輪轉(zhuǎn)數(shù)及里程檢測模塊的設(shè)計。在車輪轉(zhuǎn)軸上固定一塑料圓盤，將其挖出四道縫隙，夾角為90°。將紅外燈管固定在正對前輪位置，因為后輪在剎車時容易打滑，故安裝在正對前輪位置才能準(zhǔn)確測的車的里程。車輪轉(zhuǎn)動時，接收頭不斷接收到紅外光信號，得到的信號通過比較器產(chǎn)生脈沖，再發(fā)送至單片機(jī)，以實現(xiàn)車?yán)锍痰臋z測。

{6}用超聲波探測器測距的工作方式的選取。當(dāng)利用超聲波探測器測距時常用兩種方法，即強(qiáng)度法和反射時間法，強(qiáng)度法是利用聲波在空氣中的傳輸損耗值來測量被測物的距離，被測物越遠(yuǎn)其反射信號越弱，根據(jù)反射信號的強(qiáng)弱就可以知道被測物的遠(yuǎn)近，但在使用這種方法時由于換能器之間的直接耦合信號很難消除，在放大器增益較高時這一直接耦合信號就可使放大器飽和從而使整套系統(tǒng)失效。其原理如圖5所示，由于直接耦合信號的影響，強(qiáng)度法測距只適合較短距離且精度要求不高的場合。

反射時間法是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離，對于距離較短和要求不高的場合我們可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時間T利用公式S=V×T/2其中，S為被測距離、V為空氣中聲速、T為回波時間（T=T1+T2），可以計算出路程，這種方法不受聲波強(qiáng)度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置“時間門”來加以克服，因此這種方法非常適合較遠(yuǎn)距離的測距，如果對聲速進(jìn)行溫度修訂，其精度還可進(jìn)一步提高。雖然反射時間法比強(qiáng)度法有較大的優(yōu)越性，但因為小車避障時不須在很遠(yuǎn)處發(fā)現(xiàn)障礙物，且強(qiáng)度法較易實現(xiàn)，故這里采用強(qiáng)度法避障。

3 結(jié) 語

通過小車實物的制作及實際跑道上的測試證明該智能小車能順利地完成語音遙控、自動行駛、自動避障，里程統(tǒng)計并發(fā)出指示信息等功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂俊芳.傳感器接口與檢測儀器電路[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1989.

[2] 徐惠民.單片微型計算機(jī)原理、接口及應(yīng)用[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，2000.

[3] 馮博琴.微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2007.

[4] 靳桅.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2003.

[5] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，2005.