基于單片機的智能尋光小車設計

岳煒茗，鄭鵬輝，李 廣，何英昊

（1.大連理工大學城市學院，遼寧 大連 116600；2.西安大醫(yī)集團，陜西 西安 710018；3.沈陽工業(yè)大學，遼寧 沈陽 110000）

0 引 言

近年來，隨著時代的快速發(fā)展與科技水平的日益騰飛，現(xiàn)代儀器正朝著微小化、集成化的方向發(fā)展，這一現(xiàn)象促使單片機的應用場景愈加全面與廣泛，單片機儀器與傳感器在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)與生活中隨處可見。特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展和逐漸成熟，以單片機為主的智能小車在巡查、倉儲、探險及國防等領域得到廣泛應用。論文設計了一種基于單片機的智能尋光小車。設計以單片機為核心，由尋光模塊、超聲波傳感器模塊、顯示模塊、藍牙控制模塊組成，可以根據(jù)光敏傳感器所傳輸?shù)男盘栠M行光源感知，從而采取相應運動，實現(xiàn)對光源的追尋。若前方遇到障礙物將自動避障，同時通過LCD1602顯示間距。小車也可以通過藍牙控制。該小車是一套以智能控制和自動化為主題、多種學科相交融的集成化產(chǎn)品，在方便生產(chǎn)生活的同時還為自動駕駛等領域的研究提供思路與理論支持。因此，此設計對改進生產(chǎn)方式、促進智能控制領域研究具有一定的意義。

1 智能尋光小車的設計方案

智能尋光小車尋光時，由于光源外各個位置光照強度不同，使得所采用的光敏傳感器對不同位置光照強度的反應不同。此時光敏傳感器會產(chǎn)生不同的電信號，并將所采集的信號發(fā)送至單片機進行處理，從而達到尋光的目標。在尋光的同時如遇障礙則觸發(fā)避障功能，超聲波傳感器對遇障返回的信號進行分析，再將信號傳入單片機內；通過單片機操控進行轉向等操作達到避障要求，在避障的同時由單片機將信號傳入顯示模塊，由液晶顯示器顯示與障礙物之間的距離；也可以使用藍牙進行連接，通過手動操控使得小車抵達所需位置。圖1為系統(tǒng)的總體設計框圖。

圖1 總體設計框圖

2 系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)模塊

單片機最小系統(tǒng)如圖2所示。單片機最小系統(tǒng)模塊以STC89C52為核心，包含電源、復位、時鐘電路。電源為5 V直流供電，完成對最小系統(tǒng)所有模塊的供電。

圖2 單片機最小系統(tǒng)

2.2 尋光模塊

尋光模塊采用GY-30數(shù)字光模塊芯片。該芯片采用ROHM原裝BH1750FVI芯片，使用5 V電壓進行供電，芯片集成度高，無需額外元件，受到的干擾小，并且光譜范圍廣，與人眼相近。電路如圖3所示。模塊2、3引腳分別為IC總線時鐘和IC總線數(shù)據(jù)線。

圖3 尋光模塊電路

2.3 避障模塊

HY-SRF05超聲波測距模塊為避障功能實現(xiàn)的核心。圖4為HY-SRF05芯片電路原理。超聲波傳感器發(fā)現(xiàn)障礙測距后，將信號反饋給單片機，然后由單片機控制電機實現(xiàn)避障。圖5為設計所用電機電路原理。

圖4 HY-SRF05芯片電路原理

圖5 L239D電機驅動電路原理

2.4 藍牙控制模塊

藍牙控制由HC-05芯片完成。該芯片采用集成封裝模式，可以完成雙向（全雙工）無線功能，用于兩個具有串行功能的微控制器之間的通信。圖6為芯片電路原理。

圖6 HC-05藍牙芯片電路原理

2.5 顯示模塊

顯示模塊使用LCD1602液晶顯示器實現(xiàn)功能。圖7為LCD1602顯示電路原理。

圖7 LCD1602顯示電路原理

2.6 電源模塊

對于整個系統(tǒng)設計而言，電源模塊為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，從而保證系統(tǒng)有穩(wěn)定供電，確保小車可以正常運轉。本系統(tǒng)采用直流穩(wěn)壓電源模塊為小車提供整體的供給電壓。電源模塊原理如圖8所示。

圖8 電源模塊原理

3 軟件系統(tǒng)設計

系統(tǒng)的主程序是單片機系統(tǒng)程序的核心，通過程序控制單片機運行。在上電后運行系統(tǒng)對其進行初始化。通過設置單片機的特殊寄存器、定時器，對每個端口的操作完成初始化設置。系統(tǒng)啟動后，智能尋光、自動避障及避障顯示等任務通過不同的子程序控制所對應的外部硬件，從而達到設計要求。程序在Keil環(huán)境下采用C語言編程實現(xiàn)，圖9為主程序設計流程。

圖9 主程序設計流程

4 系統(tǒng)測試

小車設計完成后需要對各部分模塊進行測試。表1給出了需要測試的模塊及要求。表2為模塊測試時遇到的問題及解決方案，其中避障模塊在測試時順利實現(xiàn)避障功能。最后通過最終調試及測試，設計基本實現(xiàn)了預設功能。

表1 測試模塊及要求

表2 測試問題及解決方案

5 結 語

基于單片機的智能尋光小車設計以STC89C52RC芯片為核心，運用GY-30、超聲波模塊、HC-05芯片等器件，利用提前燒寫進單片機中的程序操控小車，實現(xiàn)智能尋光、自動避障、避障顯示、藍牙遙控等功能。本產(chǎn)品是在智能控制與自動化方面的研究基礎上設計的，該設計操作簡單、抗干擾能力強，可應用于無人駕駛、輔助救援等領域。

注：本文通訊作者為何英昊。