基于STC89C52 單片機的智能尋跡避障小車

陳福彩 東營職業(yè)學(xué)院

本系統(tǒng)主要包括尋跡避障模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊、穩(wěn)壓模塊等。為了能夠更好地成系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，我們采用三個輪的小車，車體是由左右兩個輪以及后方的萬向輪組成，其中左右兩個輪各有一個電機驅(qū)動，結(jié)合電機驅(qū)動板L298N，通過主控制器的處理，來控制電機的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等等。后輪是一個萬向輪，起到支撐小車的作用。

系統(tǒng)硬件方面采用入門級單片機STC89C52[2]作為核心控制器，4 個8 位并行I/O 端口的設(shè)計也便于功能拓展。采用E18-D80NK 光電傳感器（傳感器分布如表1 所示）。采用25GA-370車模專用的輪胎，搭配具有調(diào)速性能好、編程簡單的直流電機，每分鐘轉(zhuǎn)速達(dá)到280 轉(zhuǎn)，工作電壓為6V，系統(tǒng)采用12V 電池盒進(jìn)行供電，另外為了穩(wěn)定電池的電壓輸出，特增加穩(wěn)壓模塊LM2596S，輸入電壓為3.2-35V，輸出電壓為1.25-30V，電壓值連續(xù)可調(diào)，輸出電流比較穩(wěn)定。

表1 傳感器分布表

系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計包括三部分，左循跡部分、避障部分、小柱檢測部分。左循跡部分包括四種情況：

第一，如果傳感器1、2 都能檢測到木板，這時小車已向右偏離軌道，需要通過程序設(shè)置其向左偏轉(zhuǎn)；

第二，如果傳感器1、2 都沒有檢測到木板，這時小車已經(jīng)向左偏離軌道，需要設(shè)置其向右偏；

第三，如果傳感器1 檢測不到木板，傳感器2 能夠檢測到木板，說明此時小車正沿木板左邊沿前進(jìn)；

第四，如果傳感器1 檢測到木板，傳感器2 檢測不到木板，說明此時正在通過直角拐彎處，需要設(shè)置其向右偏轉(zhuǎn)一個小的角度。

因為系統(tǒng)設(shè)定的是左循跡，所以避障部分第一塊木板是不需要設(shè)置程序去處理的，直接就能繞過，通過調(diào)節(jié)傳感器3，使其檢測到第二塊木板之后，能夠向右偏轉(zhuǎn)90 度，然后直行前進(jìn)，這時需要傳感器5 進(jìn)行檢測，待檢測到已過木板軌道的邊緣時，為了避免因為小車速度過快而造成傳感器檢測到地面之后小車掉落地面的情況發(fā)生，設(shè)置傳感器檢測到地面以后讓小車后退一小段距離，然后向左偏轉(zhuǎn)90 度直行，直行的過程中速度小一點，在這個過程中傳感器4 一直在檢測第二塊擋板，當(dāng)檢測不到第二塊擋板時，左轉(zhuǎn)90 度，然后再直行，再用傳感器5 去檢測，如果檢測到已過木板軌道的邊緣，為防止掉落還是后退一段距離，右轉(zhuǎn)90 度，接著左循跡直線行駛。因為系統(tǒng)設(shè)置的是左循跡，并且第三塊擋板與木板邊緣之間的距離大于小車的寬度，所以不用考慮第三塊擋板，可以直接左循跡通過。避障部分流程圖見圖1。

圖1 避障部分流程圖

小柱部分一共有6 個小柱，其中小柱1、2 是一對，小柱3、4是一對，小柱5、6 是一對，要求每一對小柱只能有一個留在木板軌道上。

小車通過小柱部分首先需要檢測軌道上是否有小柱1，傳感器6 用于檢測軌道是否含有小柱1，如果檢測到有小柱1，為避免小車直行時左側(cè)的傳感器會撞到小柱1，先讓小車右轉(zhuǎn)15 度，直行一段距離以后，再左轉(zhuǎn)15 度恢復(fù)直線行駛，直到傳感器5 檢測到已過木板軌道的邊緣時，停一下，后退一小段距離，左轉(zhuǎn)90 度，直行一段距離，當(dāng)傳感器6 檢測不到小柱1 時，左轉(zhuǎn)90 度直行，一直到傳感器5 檢測到已過木板軌道的邊緣時，停一下，后退一小段距離，右轉(zhuǎn)90 度，左循跡直行，因為小柱3 與木板邊緣的距離比小車的寬度大，所以不需要考慮有小柱3 的情況，直接左循跡就可以通過，如果此時傳感器3 檢測到小柱4，右轉(zhuǎn)90 度，然后直行一小段，期間利用傳感器5 檢測或者延時控制），直行直到檢測到木板邊緣，左轉(zhuǎn)90 度，直行一小段（延時控制），左轉(zhuǎn)90 度，直行直到檢測到木板邊緣（利用傳感器5 進(jìn)行檢測），右轉(zhuǎn)90 度左循跡直行。如果檢測到小柱5 或者小柱6 ，都可以左循跡通過。

如果沒有檢測到小柱1，小車在通過擋板3 以后，左循跡通過小柱2，有小柱3也可以左循跡直接通過，如果傳感器3檢測到小柱4，控制方法同上。同樣檢測到小柱5 或者小柱6，都可以左循跡直接通過。

經(jīng)過調(diào)試與運行，最終實現(xiàn)的效果是從起點開始出發(fā)，左循跡，遇到擋板繞過，遇到小柱繞過，最終順利到達(dá)終點。通過系統(tǒng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)存在的不足有小車運行過程中的實際速度不太穩(wěn)定，跟程序中提前預(yù)設(shè)的速度有差值，需要改進(jìn)。