基于STC89C52單片機(jī)的智能尋跡小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙芳芳 喻亞萍

摘 要：隨著汽車(chē)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于智能小車(chē)的實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)越發(fā)重要.智能小車(chē)一致具有自動(dòng)尋跡、躲避障礙物、報(bào)警等功能.其所運(yùn)用的知識(shí)較為廣泛， 主要涉及到汽車(chē)、機(jī)械和計(jì)算機(jī)等專(zhuān)業(yè).智能小車(chē)不但代表汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展， 也是學(xué)校培養(yǎng)機(jī)電一體化學(xué)和動(dòng)手能力的主要手段。本文所設(shè)計(jì)的小車(chē)采用STC89C52芯片作為主控制芯片，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)模塊傳感器的輸入信號(hào)，利用3路紅外傳感器尋跡模塊檢測(cè)黑線實(shí)現(xiàn)尋跡，小車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N芯片，根據(jù)內(nèi)置的程序分別控制小車(chē)左右兩個(gè)直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)小車(chē)自動(dòng)停止蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。另外，在小車(chē)上添加測(cè)速模塊，利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器、外部中斷以及串口通信，測(cè)出小車(chē)行駛的總路程，數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙傳感器以十六進(jìn)制數(shù)的形式在手機(jī)上顯示出來(lái)。并在此基礎(chǔ)上增添超聲波模塊，利用超聲波的發(fā)射與接收，采用單片機(jī)IO口查詢相應(yīng)信號(hào)，判斷小車(chē)與障礙物的距離，在距障礙物15cm左右的距離時(shí)，通過(guò)程序控制小車(chē)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，且在繞過(guò)障礙物后回歸原始路徑。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制；直流電機(jī)；紅外線傳感器；測(cè)速模塊；避障模塊；

本智能尋跡小車(chē)的硬件部分主要由STC89C51為主控芯片，主要包括電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、尋跡模塊、超聲波模塊測(cè)距模塊等，其中控制系統(tǒng)的大概結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電機(jī)方面，本小車(chē)采用直流電機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)在于硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。當(dāng)外加額定直流電壓時(shí)，由于其內(nèi)部由高速電機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力，能夠很好地控制。轉(zhuǎn)速幾乎相等，調(diào)速性能較好，且性價(jià)比高。并采用L298N驅(qū)動(dòng)集成電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，單片機(jī)可以控制與兩路電機(jī)相連的IO口的邏輯電平，以達(dá)到控制小車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)向的目的

尋跡方面，本車(chē)采用3路紅外傳感器尋跡模塊。外傳感器尋跡模塊由紅外發(fā)射管和接受管組成，三個(gè)光電三極管分別放置在小車(chē)車(chē)頭的左側(cè)、右側(cè)和正前方，紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，接收管接收到反射光，經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后輸出低電平；當(dāng)紅外光遇到黑線時(shí)則被吸收，接收管沒(méi)有接收到反射光，經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后輸出高電平。這樣，單片機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)IO口的高低狀態(tài)，根據(jù)內(nèi)部程序?qū)π≤?chē)的前進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到尋跡的目的。

關(guān)于路程和時(shí)間的測(cè)量，本車(chē)采用測(cè)速模塊。測(cè)速模塊采用槽型對(duì)射光電傳感器，它由一個(gè)紅外發(fā)光二極管和一個(gè)NPN光電三極管組成。只要非透明物體通過(guò)槽型即可觸發(fā)（本小車(chē)選用帶有20空格的碼盤(pán)）輸出TTL低電平，接好VCC和GND，模塊信號(hào)指示燈會(huì)亮，模塊槽中無(wú)遮擋時(shí)，接收管導(dǎo)通，模塊OUT輸出高電平；遮擋時(shí)OUT輸出低電平，信號(hào)指示燈滅。OUT口可以與單片機(jī)IO口（P3^2）產(chǎn)生外部中斷，通過(guò)計(jì)算外部中斷個(gè)數(shù)可以測(cè)得輪子轉(zhuǎn)的次數(shù)進(jìn)而計(jì)算出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的路程。對(duì)于時(shí)間，本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0計(jì)算小車(chē)尋跡總時(shí)間，小車(chē)開(kāi)始時(shí)打開(kāi)定時(shí)器T0，設(shè)計(jì)每50毫秒一次中斷，小車(chē)運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，關(guān)閉中斷，總時(shí)間就是中斷次數(shù)與50毫秒的乘積。在此基礎(chǔ)上，添加藍(lán)牙模塊，通過(guò)軟件編程，利用單片機(jī)的串口通信，即可將計(jì)算好的數(shù)據(jù)通過(guò)SBUF緩存器發(fā)出來(lái)。藍(lán)牙傳感器作為媒介，在手機(jī)上下載藍(lán)牙串口助手，實(shí)時(shí)連接，數(shù)據(jù)便可顯示。

關(guān)于避障方面，本小車(chē)采用超聲波模塊。第一步，先實(shí)現(xiàn)超聲波的測(cè)距。通過(guò)超聲波發(fā)射裝置發(fā)射超聲波，根據(jù)接收器接收到感應(yīng)超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以測(cè)出超聲波源與障礙物之間的距離。本系統(tǒng)采用HC-SR04模塊，此模塊的典型工作電壓為5V，盲區(qū)小與2cm，精度可達(dá)0.3cm。根據(jù)測(cè)速模塊的時(shí)序圖，單片機(jī)采用IO口觸發(fā)測(cè)距法，使用時(shí)在控制端發(fā)送一個(gè)10μs以上的高電平，就可以在接受口等待高電平的輸出。一有輸出就可以開(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值，即高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從超聲波發(fā)射到返回的時(shí)間t，又已知超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，則可以算出波源與障礙物之間的距離S（單位為毫米），距離計(jì)算公式如下： 。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)編程設(shè)計(jì)在距離障礙物15厘米左右時(shí)，實(shí)現(xiàn)特定的轉(zhuǎn)彎避障，此過(guò)程需要大量調(diào)試，反復(fù)修改參數(shù)。

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