基于單片機控制的太陽能智能小車

鐘偉東

（廣東河源技師學院，廣東河源517000）

基于單片機控制的太陽能智能小車

鐘偉東

（廣東河源技師學院，廣東河源517000）

太陽能智能小車以STC89C52單片機為控制核心，在單片機的控制下實現前進、后退、轉彎、停止、前后方障礙物判斷、遙控信號接收與解碼、運動狀態顯示以及太陽能充電等功能，通過紅外遙控器對小車進行啟動、停止和后退。當小車驅動電源低于8.4V時，可通過太陽能自動充電控制系統對充電鋰電池進行充電，保證小車有足夠的驅動電壓。

單片機；太陽能；環保；智能小車

隨著工業的快速發展，環境污染狀況加劇，倡導使用新能源產品已迫在眉睫，發展環保新能源技術是解決問題的關鍵所在。太陽能智能小車結合新能源產品的要求，采用環保新能源技術研制而成。在遙控器的控制下，小車可前進、后退、停止，并在車載LED屏上顯示相應的運動狀態。在前進過程中，若遇前方有障礙物，小車通過超聲波電路的檢測進行避障；在后退在過程中，如遇后方在所設范圍內有障礙物，小車馬上停止運動，避免撞到障礙物；當小車電源電壓不足8.4V時，太陽能充電控制系統將自動啟動充電功能，通過太陽能電池板光電轉換，對電源進行補給，保證小車能正常運行。

一、智能小車電路方框圖及實物圖

太陽能智能小車主要由單片機主控電路、紅外遙控接收電路、前后方障礙檢測電路、電機驅動電路、太陽能自動充電控制系統、小車底盤和電源等8個部分組成如圖1和圖2所示。

二、智能小車主控電路及其控制過程

1.主控制電路原理圖

主控制電路主要由單片機STC89C52、12MHZ時鐘電路和自動復位電路組成，如圖3所示。單片機是將CPU、RAM、ROM、定時器/計數器以及輸入/輸出接口電路等計算機主要部件集成在一塊芯片上，這樣所組成的芯片級微型計算機稱為單片微型計算機，簡稱為單片微機或單片機。隨著電子技術的發展以及應用需求的發展，單片機以其高可靠性、高性價比、低電壓、低功耗、體積小、應用靈活等一系列優點，近幾年來得到迅猛發展和大范圍推廣。尤其在控制領域幾乎無處不在，從工業過程控制到家用電器控制，從尖端科學技術到日常生活用具，單片機控制的例子枚不勝舉。本作品以STC89C52為控制核心，與紅外線接收、超聲波檢測等接口電路相結合進行設計，單片機的P0口和P2口為車載LED點陣顯示驅動接口、P1口為電機驅動接口、P3為超聲波檢測和紅外線接收等接口。

2.主控電路程序控制流程圖，如圖4所示

圖1 智能小車電路方框圖

圖2 智能小車實物圖

圖4 小車主控電路程序控制流程圖

三、小車各接口電路原理圖及工作原理

（一）紅外信號發射與接收電路

常用的紅外遙控收發系統由發射和接收兩部分組成，紅外發射采用專用集成電路芯片（HT6221）進行編碼調制，接收采用萬能紅外接收器，利用單片機對紅外信號進行解碼。紅外信號的發射與接收過程如圖5所示。從圖中可知，紅外信號的發射部分包括矩陣鍵盤、編碼調制、LED紅外發射；接收部分包括萬能紅外接收器、單片機解碼電路。

圖5 發射與接收過程

1.鍵值編碼原理

常用的紅外遙控器，一般采用PPM（Pulse Position Modulation脈位調制）調制的HT6221芯片。其鍵碼的編碼原理如下：

當用戶按下按鍵的時間超過36ms時，振蕩器使芯片激活，芯片將會產生9ms頭碼,4.5ms的空碼,低8位的用戶地址碼（9ms-18ms）,高8位的用戶地址碼（9ms-18ms）,8位操作碼（9ms-18ms）和操作碼的反碼（9ms-18ms），如所有代碼時間未足108ms則以空碼來彌補。當按鍵時間超過108ms，將自動發射第二個代碼，第二個代碼僅發射9ms的載波信號、2.5ms的空碼、0.56ms的載波信號和95.94ms(108ms-9ms-2.5ms-0.56ms=95.94ms)的空碼，如還未松鍵，則以第二個代碼的形式發射第三個、第四個、第五個代碼也稱之為連碼發射。信號波形如圖6所示。

2.鍵值解碼原理

根據鍵碼形成的特征，采用單片機外部中斷零(p3. 3)作為遙控器數據的輸入端口。當遙控器發射9ms的頭碼（低電平）時，將會觸發單片機的外部中斷并執行解碼程序，接收電路原理圖如圖3所示（解碼程序略）。

（二）超聲波測距模塊接口電路

小車采用超聲波測距模塊電路（HC-SR04）作為前后方障礙物檢測模塊，通過單片機的P 1.0和P 1.1腳控制切換控制電路（如圖3所示）進行選擇前后方測距模塊，測距模塊的工作原理是單片機的P3.2腳輸出一個40kHz的觸發信號到超聲波測距模塊的TRIG腳，由超聲波測距模塊的發射器發射超聲波，由超聲波測距模塊的接收器接收遇障礙物返回的超聲波，然后模塊電路的ECHO腳產生一個回應信號，此ECHO信號被單片機所檢測，時序圖如圖7所示。由于超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出小車距障礙物的距離，即S=VT/2。

圖7 超聲波障礙距離檢測時序圖

（三）車載LED點陣顯示的基本原理及控制電路

從圖8中可以看出，8X8點陣共需要64個發光二極管組成，且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應的二極管就亮；要實現顯示圖形或字體，只需考慮其顯示方式。通過編程控制各顯示點對應LED陽極和陰極端的電平，就可以有效地控制各顯示點的亮滅，LED點陣的所列接至單片機的P0口，行分別接至三極管Q1-Q8的集電極，再由單片機的P2口控制Q1-Q8的基極。

圖8 車載LED控制電路原理圖

（四）電機驅動接口電路

電機驅動接口電路采用L293D集成電路，該集成電路是ST公司生產的一種高電壓、小電流電機驅動芯片。該芯片采用16腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達36V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達2A，持續工作電流為1A。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和繼電器線圈等感性負載；該芯片可以驅動兩臺直流電機，其驅動電路原理圖和電機控制邏輯表如圖9和表1所示。

表1 電機控制邏輯表

圖9 電機驅動原理圖

四、小車電源及太陽能充電控制電路工作原理，電路原理圖如圖10所示

小車5V電源主要由2節3.6V鋰充電電池串聯，經過三端穩壓管7805穩壓輸出后提供。

太陽能自動充電控制電路采用鋰離子電池充電控制器LM3420-8.4，該充電電路可對2節3.6V串聯的鋰離子電池組充電。當電池組電壓低于8.4V時，LM3420輸出端無電流輸出，三極管Q1截止，使LM317輸出電流太小為1.25/RN的恒定電流，在充電過程中，電池組電壓不斷上升，并由充電控制器LM3420-8.4的輸入端所檢測。當電池組電壓上升到8.4V時，控制器LM3420-8.4輸出電流，使三極管Q1控制LM317的輸出電壓，充電電路切換到恒壓充電模式，電池電壓穩壓在8.4V。其中三極管Q1和二極管是預防電池反充作用。

太陽電池的機械結構改進。按照太陽電池的結構，電池之間必需要用多根導線連接，導線連接必將影響小車的外觀和電池的滑動。經過研究，采用折疊軌道式連接不僅解決了如上問題，而且還易于更換、增加太陽電池，使用更方便。

太陽能智能小車結合新能源產品的要求，采用環保新能源技術研制而成，具有開發成本低、操作方便、低功耗、設計新穎等特征，屬綠色、環保、節能的電子產品。

圖10 小車電源及太陽能自動充電控制電路

[1]胡乾斌，李玲，甘錫英.單片機微型計算機原理與應用[M].武漢：華中理工大學出版社，1992.

[2]馬忠梅，劉濱，戚軍，馬巖.單片機C語言Windows環境編程寶典[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[3]Michael JPont.C語言嵌入式系統開發[M].陳繼輝，譯.北京：中國電力出版社，2003.

[4]梁廷貴，王裕琛，晁樹明，王瑞山.遙控電路可控硅觸發電路語音電路[M].北京：科學技術文獻出版社，2002.

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