基于單片機的智能車實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

羅叢波

摘要：設(shè)計了基于單片機的智能車實訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由10個功能模塊組成，根據(jù)實訓(xùn)內(nèi)容要求構(gòu)建硬件電路，可完成智能車的循跡、避障、調(diào)速、語音報警、車速和里程顯示及遙控等功能，培養(yǎng)學(xué)生的軟件編程、硬件調(diào)試的綜合能力，對提高學(xué)生的實踐動手能力起重要作用。

關(guān)鍵詞：單片機 智能車 實訓(xùn)系統(tǒng) 模塊化

中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-5349（2016）23-0051-02

實習(xí)實訓(xùn)是人才培養(yǎng)的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的動手能力，加深對所學(xué)專業(yè)知識的認(rèn)識具有不可替代的作用。但現(xiàn)階段，實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)模式陳舊，學(xué)生被動接受的內(nèi)容多，主動探究的機會少，嚴(yán)重制約了創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對電類專業(yè)目前實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)中存在的問題，提出了CDIO教學(xué)模式，即從Conceive（構(gòu)想）、Design（設(shè)計）、Implement（實施）、到Operate（操作）全流程的教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生主動參與訓(xùn)練項目的積極性，在真設(shè)備、真項目和真要求的驅(qū)動下，實現(xiàn)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)。我院測控技術(shù)與儀器專業(yè)工程項目實訓(xùn)采用了CDIO教學(xué)模式，為此開發(fā)設(shè)計了基于單片機的智能車實訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由10個功能模塊組成，可根據(jù)實訓(xùn)內(nèi)容要求構(gòu)建硬件電路，可完成智能車的循跡、避障、調(diào)速、語音報警、車速和里程顯示及遙控等功能，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計、軟件編程、硬件調(diào)試的綜合能力，提高了學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。

一、整體設(shè)計思路

以AT89S52為核心控制器。車體選用標(biāo)準(zhǔn)車架模型改裝而成，霍爾傳感器實現(xiàn)測速和里程統(tǒng)計，紅外傳感器進(jìn)行軌跡跟蹤，超聲波傳感器避障，藍(lán)牙模塊實現(xiàn)無線控制，直流電機對車進(jìn)行轉(zhuǎn)向和行動控制，H橋電路實現(xiàn)電機的驅(qū)動。本系統(tǒng)基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好地實現(xiàn)了小車的自動循跡和避障，遇到障礙物時，能進(jìn)行語音報警和自動減速，通過液晶LCD1602顯示車速、里程和距離障礙物距離。

系統(tǒng)由微控制器、電源模、功能按鍵、顯示、電機驅(qū)動、語音模塊、藍(lán)牙、紅外傳感器、超聲波避障、車速檢測等10個功能模塊構(gòu)成。如圖1所示，系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計，學(xué)生可根據(jù)設(shè)計需要，完成不同功能智能車的硬件搭建和軟件調(diào)試，通過藍(lán)牙無線通信模塊，可實現(xiàn)智能車的遙控。

二、智能車實訓(xùn)系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)硬件性能的好壞決定了整個系統(tǒng)的運行情況，能否穩(wěn)定而可靠地運轉(zhuǎn)就取決于硬件電路的質(zhì)量。核心控制器采用AT89S52構(gòu)成最小系統(tǒng)，紅外傳感器模塊采用4組紅外對管構(gòu)成循跡電路，測距采用HC-SR04超聲波模塊，液晶顯示電路采用1602，電機驅(qū)動采用L298構(gòu)成H橋電路，語音模塊采用ISD1760構(gòu)成，使用了藍(lán)牙通信模塊HC-06實現(xiàn)無線通信，電源電路采用7805和LM1117將96V鋰電池轉(zhuǎn)換為5V和33V，除電機驅(qū)動模塊需96V和藍(lán)牙模塊使用33V外，其他模塊均采用5V供電。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，開放式接口，方便學(xué)生連線。

電機驅(qū)動電路采用L298N構(gòu)成H橋電路，可同時驅(qū)動2個直流電機，如圖2所示，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電機， 5（IN1），7（IN2），10（IN3），12（IN4）腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，這四個引腳輸入PWM脈沖，假設(shè)IN1輸入一個PWM脈沖，IN2輸入與IN1相反的PWM脈沖電機正轉(zhuǎn)，相反的PWM可以由程序設(shè)置，若要實現(xiàn)電機的反轉(zhuǎn)，則IN1、IN2輸入與正轉(zhuǎn)相反的脈沖即可實現(xiàn)， EN1、EN2為使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。當(dāng)使能端為低電平時，芯片不會工作。

紅外循跡模塊采用紅外對管構(gòu)成，如圖3所示，一體化紅外發(fā)射接收IRT中的發(fā)射二級管導(dǎo)通，發(fā)出紅外光線，經(jīng)反射物體反射到接收管上，使接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變小，輸入端電位變低，當(dāng)紅外光線照射到黑色條紋時，反射到IRT中的接收管上的光量減少，接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變大，三極管截止，三極管的集電極C為高電平，再經(jīng)反相器后輸入到單片機的信號為低電平。在三極管的基極B和發(fā)射極E接一個01pF的電容，減少電路中的“毛刺”，以減輕電路的干擾。由于光電傳感器受外界的影響較大，容易引起單片機的誤判，因此我們在電路中加入了一個可調(diào)電位器（阻值為10K），通過調(diào)整電位器，改變光電傳感器的輸入電流從而改變其靈敏度。

三、測試結(jié)果

實訓(xùn)過程中，以智能車為訓(xùn)練平臺，根據(jù)設(shè)計要求構(gòu)建硬件電路，先進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練，然后采用項目驅(qū)動式，拓展任務(wù)，創(chuàng)新性地進(jìn)行實訓(xùn)，通過在智能車平臺上安裝不同的功能模塊來完成某種特定的任務(wù)，為了測試智能車實訓(xùn)系統(tǒng)的性能，制作了智能車的樣機，經(jīng)過試驗測試，該智能車樣機能夠準(zhǔn)確判斷跑道的邊界線并分析出跑道的走向，可以實現(xiàn)自主循跡功能、避障功能和語音報警等功能。

四、總結(jié)

本文設(shè)計了基于單片機的智能車實訓(xùn)系統(tǒng)，該實訓(xùn)系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計，搭建方便、靈活組合，功能多樣，使學(xué)生在該系統(tǒng)上進(jìn)行硬件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計和綜合調(diào)試等，極大地提高了學(xué)生的實訓(xùn)熱情和實踐動手能力。

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責(zé)任編輯：楊國棟