智能小車的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王勇申+初俊博+孫恒震+郝政+韓特+劉崢

摘 要 本設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)控制的自動循跡避障小車系統(tǒng)，智能小車系統(tǒng)由軟件和硬件設(shè)計(jì)構(gòu)成。智能小車以C51單片機(jī)[1]為主控系統(tǒng)，包括避障模塊、循跡模塊、電機(jī)模塊，兩個(gè)直流電動機(jī)驅(qū)動小車前進(jìn)，用單片機(jī)產(chǎn)生脈沖波，控制小車速度。利用紅外傳感器對目標(biāo)進(jìn)行檢測，并將檢測到的信號反饋給單片機(jī)。單片機(jī)對采接收到的信號進(jìn)行分析和判別，根據(jù)判別情況，直流電機(jī)對小車的轉(zhuǎn)向進(jìn)行調(diào)整，從而使小車能夠沿著一定方向（黑線）自動行駛，實(shí)現(xiàn)小車自動循跡避障的目的。

關(guān)鍵詞 智能小車；單片機(jī)；紅外傳感器

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）160-0170-02

在如今全球智能化的時(shí)代，機(jī)器人在許多領(lǐng)域已開始應(yīng)用，如消防、工廠、醫(yī)院、建筑行業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域。機(jī)器人是靠自身動力和控制力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。在機(jī)器人技術(shù)智能化不斷發(fā)展的過程中，科研人員開始將許多新的技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人，并運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域里，科學(xué)研究人員發(fā)明了許多具有靠自身動力和控制力來實(shí)現(xiàn)某種特定性能的智能機(jī)器人，如消防機(jī)器人、海底作業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療救援機(jī)器人、作戰(zhàn)應(yīng)用機(jī)器人等，智能小車可作為機(jī)器人的一類。智能小車體現(xiàn)了傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)。智能小車就是通過傳感器對信號進(jìn)行發(fā)送和接收，將接收到的信號進(jìn)行處理，發(fā)送給單片機(jī)，通過單片機(jī)編程的方法來控制小車，最終實(shí)現(xiàn)小車自動循跡避障的智能化要求。

1 主控部分

主控部分以C51單片機(jī)為主要器件，由于單片機(jī)控制簡單、方便，有很好的控制功能和操作功能，循跡傳感器和避障傳感器將信息傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過得到的信息來控制小車的電機(jī)，來控制行進(jìn)中的小車的方向，以實(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo)。

2 循跡部分

循跡部分采用RPR-220紅外光電傳感器件[2]，RPR-220由探測器和接收器組成，它的接收器實(shí)際上是一個(gè)硅平面光電三極管，經(jīng)測試，該探測器對黑線檢測結(jié)果非常好，受外界光源影響較小，小車裝上兩對光電對管，即可保證車體始終保持在軌道內(nèi)正常前行。循跡即小車沿著指定的行進(jìn)路線（黑線）行駛，尋跡部分主要采用紅外光電傳感器進(jìn)行探測，由于紅外線對不同顏色具有不同的反應(yīng)，當(dāng)遇到白光時(shí)，會發(fā)生漫反射，而遇到黑線時(shí)，黑線就會將紅外光線吸收。通過對不同顏色的物體反射的情況，將不同信息反饋到紅外接收裝置上。單片機(jī)根據(jù)此信息來使小車的電機(jī)進(jìn)行特定的進(jìn)動或停止。開啟小車啟動按鈕，設(shè)定小車沿著黑線行駛，利用紅外傳感器對黑線進(jìn)行探測確定小車是否偏離，如果小車偏離黑線，單片機(jī)會通過程序控制小車，如果黑線左偏則會使小車輪子左轉(zhuǎn)，如果黑線右偏小車輪子向右轉(zhuǎn)，以此保證小車沿著黑線行駛[3]，如果遇到停止線則小車執(zhí)行停止命令。

3 避障部分

避障部分同樣采用紅外線避障的手段，紅外傳感器由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器向遠(yuǎn)處發(fā)射信號，信號經(jīng)反射至接收器，接收器接受信號并通過信號強(qiáng)弱來判斷小車距離障礙物的遠(yuǎn)近。根據(jù)信號的強(qiáng)弱將信號變成高低電平，由單片機(jī)來控制電機(jī)，如果小車不能識別到黑線則單片機(jī)會控制小車轉(zhuǎn)向繼續(xù)尋找黑線，若識別到黑線則控制小車沿著黑線行駛，直到遇到停止線，小車停止行駛。

本模塊主要有兩部分組成，38kHz的紅外發(fā)射模塊和接收比較模塊，采用38kHz頻率段是能有效的排除可見光的干擾，實(shí)現(xiàn)避障有效距離50cm左右，更好的完成對電機(jī)的控制。

4 電機(jī)驅(qū)動部分

智能小車的電機(jī)驅(qū)動為兩個(gè)直流電機(jī)，每個(gè)直流電機(jī)與楔形齒輪相連，該智能小車不考慮速度的調(diào)節(jié)情況，設(shè)定小車做勻速運(yùn)動，驅(qū)動部分由芯片組成，該芯片電路為中塊集成電路，用來接收TTL邏輯電平，直流和步進(jìn)馬達(dá)，開關(guān)電源晶體管。電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止均可通過單片機(jī)編程，將程序輸入驅(qū)動芯片，芯片然后對電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的控制，通過對電機(jī)的有效控制，使小車按預(yù)定的方向進(jìn)動。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)方案以C51單片機(jī)為主要器件，循跡部分、紅外線避障部分將獲取的信息傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過得到的信息對電機(jī)部分進(jìn)行控制，并做出相應(yīng)的進(jìn)動。整個(gè)過程需要通過編程的手段，每一部分都有相應(yīng)的程序來運(yùn)行，每得到特定的信號后，單片機(jī)都將執(zhí)行它們與之相對應(yīng)的功能模塊，實(shí)現(xiàn)小車的自動循跡功能、自動避障功能，實(shí)現(xiàn)小車的智能化行駛。這種智能小車可以應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如消防滅火、醫(yī)療救援、水下攻擊等，隨著智能化的發(fā)展，必將給人類帶來諸多便利。

參考文獻(xiàn)

[1]張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2010，5.

[2]康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006，1.

[3]江晉劍，錢萌.一種基于AT89S52的簡易智能小車設(shè)計(jì)[J].科技論文，2007（7）：98-100.