基于單片機(jī)的循跡智能車系統(tǒng)設(shè)計

劉揚(yáng)武

摘 要

智能車輛是目前世界車輛研究領(lǐng)域的熱點和汽車工業(yè)新的增長點。本文設(shè)計了一個能自動循跡的智能小車控制系統(tǒng)。以AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用反射式光電傳感器檢測黑線實現(xiàn)小車循跡，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙并提示，利用LCD1602顯示小車的速度和路程。載入測試程序，無需干預(yù)，前進(jìn)、后退、左拐、右拐自動駕駛。利用車頭兩側(cè)設(shè)有的紅外傳感器，實時判斷障礙物偏移量，實現(xiàn)智能跟隨。利用紅外遙控前進(jìn)、后退、左拐、右拐隨意切換。能實現(xiàn)小車自動根據(jù)地面黑線前進(jìn)倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動駕駛，智能跟隨，遙控控制，超聲波測距提示障礙物的功能，LCD1602實時顯示小車距障礙物的距離。

【關(guān)鍵詞】智能小車 傳感器 AT89C51單片機(jī)

隨著智能的出現(xiàn)，我們的生活和生產(chǎn)發(fā)生了很大的改變，它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如可以應(yīng)用于工業(yè)控制、科學(xué)勘探、智能家居等領(lǐng)域。而智能小車就是智能的一個簡單的應(yīng)用，由于這類智能玩具具有較好的交互性，可控性，能夠按照人們設(shè)定的模式去自動運(yùn)作也深受人們的喜歡。因此，智能化小車的研究不僅具有很大的現(xiàn)實意義，還具有極為廣闊的應(yīng)用前景和市場價值。

1 循跡智能車系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計

該系統(tǒng)將實現(xiàn)自動駕駛模塊、黑線尋跡模塊、智能避障模塊、智能跟隨模塊、遙控控制模塊這五大模塊組成。

AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。部分管腳說明：

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。

P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。

P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。

P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。

此外，該系統(tǒng)的一個重要的傳感器就是紅外線傳感器，紅外光線有一個反射特性。利用此特性實現(xiàn)智能跟隨的功能。但對于不同的物體反射特性是不一樣的，特別是對白色反光的物體，紅外光線的反射量將會多一點。而對黑色不反光的物體，紅外反射量將會大量的減少。那么我們就可利用這個特性來完成黑與白的判斷，以此來實現(xiàn)黑線循跡的功能。同樣，使用紅外遙控器可以實現(xiàn)遙控控制的功能。其中，紅外發(fā)送協(xié)議為：引導(dǎo)碼+客戶碼1+客戶碼2+操作碼+操作反碼。用戶真正須要的只有操作碼，操作碼即用戶實際需要的編碼，按下不同的鍵產(chǎn)生不同的操作碼，待接收端接收到后根據(jù)其進(jìn)行不同的操作。

超聲波測距的公式表示為：L=C×T 式中L 為測量的距離長度；C 為超聲波在空氣中的傳播速度；T 為測量距離傳播的時間差（T 為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半）。已知超聲波速度C=344m/s （20℃室溫）。

2 系統(tǒng)操作流程

首先將循跡智能車組裝完成，裝上電池，打開電源，然后將已經(jīng)編寫好的功能模塊程序燒寫到單片機(jī)上，逐個模塊進(jìn)行操作：

2.1 自動駕駛模塊

小車可以無需干預(yù)，前進(jìn)、后退、左拐、右拐自動駕駛。

2.2 黑線尋跡模塊

小車可以根據(jù)地上的黑色軌道進(jìn)行行駛。

2.3 智能避障模塊

若前方有障礙物可以自動避開或者繞行不會碰觸到障礙物L(fēng)CD1602顯示屏實時顯示小車與距障礙物的距離。

2.4 智能跟隨模塊

小車能夠?qū)崟r判斷障礙物偏移量，實現(xiàn)智能跟隨。

2.5 遙控控制模塊

利用紅外遙控器控制小車前進(jìn)、后退、左拐、右拐隨意切換。

3 系統(tǒng)功能與測試

對小車的整體的調(diào)試按照模塊來進(jìn)行，分為以下幾個步驟：

（1）測試電源的工作情況，各個模塊能否得到良好供電；

（2）檢查單片機(jī)能否正常的燒寫程序和工作；

（3）光電管安裝完成后根據(jù)測試數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電位器選擇合適的參考電壓；

（4）測試兩前輪電機(jī)的工作情況，并試驗電機(jī)的驅(qū)動能力；

（5）讓小車在黑色軌道上初步循跡運(yùn)行；

（6）反復(fù)測試各參數(shù)變化對小車的影響，找出最有效的配置；

（7）對小車運(yùn)行過程中各種可能出現(xiàn)的情況測試，發(fā)現(xiàn)問題，找出解決方法；

（8）整理數(shù)據(jù)，優(yōu)化程序設(shè)計。 經(jīng)過多次調(diào)試，小車能夠較快較平穩(wěn)的沿路面行駛。

該系統(tǒng)是循跡智能車系統(tǒng)，小車可以無需干預(yù)，前進(jìn)、后退、左拐、右拐自動駕駛，還可以通過紅外遙控器進(jìn)行遙控小車進(jìn)行行駛，前進(jìn)、后退、左拐、右拐隨意切換。利用車頭兩側(cè)設(shè)有的紅外傳感器，實時判斷障礙物偏移量，實現(xiàn)智能跟隨。前面若有障礙物可以自動避開或者繞行不會碰觸到障礙物，利用舵機(jī)和超聲波模塊進(jìn)行多角度障礙物探測，實現(xiàn)智能避障，LCD1602顯示屏實時顯示小車距障礙物的距離，小車也可以根據(jù)地上的黑色軌道進(jìn)行循跡，從而不會偏離跑道，完成這一控制功能的是小車的控制系統(tǒng)，并不是在人的幫助下小車才可以避開障礙物的，這些功能的實現(xiàn)，充分體現(xiàn)了小車的智能化。

4 結(jié)束語

本次設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為控制核心，使得該循跡智能車性能更加穩(wěn)定，具有較好的交互性、可控性，能夠按照人們設(shè)定的模式去自動運(yùn)作。同時該設(shè)計不僅考驗對理論知識掌握的程度，也要求具有一定的實際動手操作能力，這對我們自身的能力有著很大的提升意義。此外，該系統(tǒng)涉及到了一系列光機(jī)電一體化的技術(shù)，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)是小車能否穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，硬件電路決定了小車實現(xiàn)的功能，軟件部分是控制的靈魂。

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