基于單片機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì)

尹世超 張宗帥

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);尋跡模塊;避障模塊;電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了人類(lèi)的生活方式。近些年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷得到提高，并且迅速地改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。

在當(dāng)今電子科學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們對(duì)自動(dòng)化要求越來(lái)越高，其中智能車(chē)輛已經(jīng)是一個(gè)典型的代表，智能小車(chē)完全可以在一些不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)環(huán)境下代替人工做一些比較危險(xiǎn)的事情。本設(shè)計(jì)集成了尋跡與避障兩者的功能，具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，在一些工廠中的危險(xiǎn)車(chē)間里使用該智能小車(chē)的話，既可以保證人們的身體健康，還不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

一、硬件設(shè)計(jì)方案

（一）基本設(shè)計(jì)思路

基于單片機(jī)的智能小車(chē)的硬件設(shè)計(jì)主要由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、尋跡模塊、避障模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

具體過(guò)程：?jiǎn)螌ほE模塊與避障模塊將檢測(cè)到的信息發(fā)送給單片機(jī)控制中心，單片機(jī)得到尋跡避障模塊發(fā)送的信息后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與解析，然后將處理好的信號(hào)發(fā)送給控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊再去控制小車(chē)的左右電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而控制整個(gè)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1、單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)控制模塊是整個(gè)尋跡小車(chē)系統(tǒng)的核心，用來(lái)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以及控制各個(gè)模塊之間相互協(xié)調(diào)工作。

本設(shè)計(jì)采用51系列的單片機(jī)，51系列單片機(jī)的資源比其他單片機(jī)的資源要多一些，I/O引腳使用方便，其功能十分完備，使用得心應(yīng)手。

2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的核心就是L9110芯片[2]，該芯片有以下特點(diǎn)：其工作電流比較低;其電源電壓的范圍比較寬，為2.5V～12V;具有較低的飽和壓降的特點(diǎn);L9110的主要功能就是將來(lái)自單片機(jī)的控制信號(hào)施加到電機(jī)上從而控制整個(gè)小車(chē)的行駛。OE表示E路輸出引腳;OF表示F路輸出引腳;IE表示E路輸入引腳;IF表示F路輸入引腳;VCC表示電源接入引腳;GND表示接地引腳（地線）。

3、尋跡模塊

尋跡模塊采用紅外線探測(cè)的方法，根據(jù)紅外線反射能力的強(qiáng)弱隨顏色的不同而不同這一原理設(shè)計(jì)。單片機(jī)接收到尋跡模塊發(fā)過(guò)來(lái)的信號(hào)后，作出輸出相應(yīng)處理并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)來(lái)控制小車(chē)的行駛狀態(tài);如果遇到黑顏色的地面紅外線被吸收，接收管則接收不到信號(hào)，小車(chē)照常行駛。

4、避障模塊

避障模塊由2個(gè)紅外傳感器[3]構(gòu)成，分別位于車(chē)體的前方和后方。分別用來(lái)探測(cè)前后兩個(gè)方位是否存在障礙物，然后將信息反饋給單片機(jī)控制模塊，從而調(diào)整整個(gè)車(chē)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

二、軟件設(shè)計(jì)方案

智能小車(chē)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)的思想，通過(guò)c語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序，編程者無(wú)須明白具體的計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令。

尋跡模塊工作時(shí)，單片機(jī)內(nèi)的處理器不斷掃描單片機(jī)控制模塊與尋跡模塊之間的接口，檢測(cè)判斷是否有信號(hào)輸入，如有信號(hào)輸入則單片機(jī)就做出相應(yīng)的處理，并傳送給電機(jī)從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而控制小車(chē)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。避障模塊根據(jù)避障模塊中的發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，接收管負(fù)責(zé)接收反射回來(lái)的通過(guò)物體反射的紅外線，能夠反射光線的物體均能檢測(cè)到反射回來(lái)的紅外線。當(dāng)避障模式啟動(dòng)后，避障模塊的傳感器會(huì)發(fā)出紅外線來(lái)探測(cè)前方是否有障礙。

三、總結(jié)與展望

該智能小車(chē)通過(guò)尋跡避障模塊對(duì)黑線和障礙物探測(cè)與信號(hào)處理，將信號(hào)返回到單片機(jī)中，在單片機(jī)內(nèi)部將信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將處理后的信號(hào)通過(guò)發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)控制小車(chē)的左右電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而完成尋跡或者避障的功能。該智能小車(chē)依舊存在以下一些缺陷：譬如避障模塊的紅外探測(cè)傳感器對(duì)不同顏色障礙物的分辨能力不強(qiáng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，抗干擾的能力比較差，此方面有待改善。本設(shè)計(jì)采用了模塊化的思想理念，各模塊的獨(dú)立性強(qiáng)，性能穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該智能小車(chē)可以很穩(wěn)定地完成尋跡、避障的功能。而且該智能小車(chē)經(jīng)過(guò)合理地完善以及進(jìn)一步優(yōu)化之后，可以應(yīng)用于工廠的車(chē)間里，或者城市、學(xué)校、景點(diǎn)等地方的觀光車(chē)，具有很實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。