基于STC89C52的自動駕駛公交車系統設計

嚴順枝

(衡水職業技術學院，河北衡水,053000）

基于STC89C52的自動駕駛公交車系統設計

嚴順枝

(衡水職業技術學院，河北衡水,053000）

介紹了一種以STC89C52單片機為控制核心的無人駕駛公交系統的設計．本設計由電機驅動模塊、超聲波測距模塊、循跡模塊、紅外和語音模塊組成，擬實現一個無人駕駛公交車系統．通過C語言編程實現小車的前進倒退、轉向行駛、自動循跡導航、超聲波測距并根據檢測障礙物距離調整速度、紅外遙控定點播報功能，以實現智能控制，達到設計目標．

無人駕駛公交系統；超聲波；紅外；循跡

自動駕駛汽車，又稱為無人駕駛汽車，是一種透過微處理系統實現無人駕駛的智能式的汽車。自動駕駛汽車依靠人工智能、視覺計算、雷達和監控裝置協同合作，讓微處理器可以在沒有任何人類主動的操作下，自動安全地操作機動車輛。現時自動駕駛技術正在研究及測試中，還沒有批準作商業營業或私人使用。公交系統運行路線專用，停靠點固定，可優先考慮使用。本文介紹了一種以STC89C52單片機為控制核心的無人駕駛公交系統的設計方案，詳細地介紹了系統的硬件電路和軟件的設計，該系統電路結構簡單、功耗低、性價比高，穩定性高，具有一定實際應用價值。

1 系統總體設計方案

本無人駕駛公交系統使用STC89C52單片機作為主控芯片，利用紅外光電傳感器對地面的黑色軌跡進行檢測從而實現自動循跡，并且小車通過超聲波測距來獲取小車與障礙物的距離，通過距離的判斷與比較以達到避障的目的．在小車與障礙物的距離小于安全距離時，小車會自動減速前行；如果小車與障礙物的距離小于危險距離時，小車會停止行駛進行等待，直至前方障礙物移除后小車才恢復正常行駛狀態．當小車行駛到固定的站點時，通過接收站點的紅外信號，小車會自動語音播報提示并停車等待幾分鐘，之后小車繼續正常行駛，依此運行方式循環行駛．本智能小車系統由以下幾個模塊組成：單片機控制模塊、超聲波測距避障模塊、自動循跡模塊、電機驅動模塊、紅外接收以及語音播報模塊．系統總體組成框圖如圖1所示．

圖1 系統總體組成框圖

2 系統硬件電路設計

2.1 單片機最小系統模塊

本設計單片機最小系統模塊包括主控制芯片STC89C52，晶振電路和復位電路．晶振電路由一個12.000MHz的晶振和兩個30pF的起振電容組成，復位電路由電容和電阻組成，當復位鍵按下時，復位引腳上電復位．

2.2 光電傳感器循跡模塊

小車在沿著規定的軌跡行駛時，軌跡可能會有彎曲或小車有偏離軌道現象．為使小車能在軌跡上正常行駛，小車需要在偏離跑道時實時地進行調整，因此系統需要將路面的循跡狀態及時的反饋到控制部分，控制部分通過判斷執行相應指令，使小車重新回到軌跡上來．

在本設計中采用了兩個光電傳感器，分別置于小車的兩側．當小車偏離軌跡時，其中一側的光電傳感器的信號將被黑色軌跡吸收而無法返回，此時光電傳感器輸出高電平信號，信號經過處理后傳遞給單片機，單片機接收到信號后會調整左右電機的轉動，使小車回到軌跡上來，此時傳感器回到白色區域輸出為低電平，左右電機同時轉動，小車直線前進．檢測電路如圖2所示，當發射管的紅外信號經反射被接收管接收后，接收管內部將會導通，在電路上一般以電壓的變化形式體現出來，而經過LM324運算放大器電路處理后，輸出的高低電平信號傳遞給單片機．接收管內部導通的強弱取決于接收管所接收的紅外信號強度，常表現在反射面的顏色和反射面與接收管的距離兩方面．

圖2 檢測電路

圖3 電機驅動電路

圖4 超聲波發射電路原理圖

2.3 電機驅動模塊

電機驅動電路分為左輪與右輪兩部分，本設計采用電機驅動芯片L298N驅動左右電機，其電路如圖3所示．2、3腳驅動左輪，13、14腳驅動右輪．IN1、IN2控制左輪轉動方向，IN3、IN4控制左右輪的轉動方向，IN1（IN3）為高電平、IN2（IN4）為低電平時，電機正轉；IN1（IN3）為低電平、IN2（IN4）為高電平時，電機反轉；其余狀態時電機停止轉動．電路采用PWM調節小車速度，通過單片機輸出PWM信號到L298N電路的使能端來控制小車的速度，啟停．

2.4 超聲波測距模塊

超聲波傳感器測距原理：首先利用單片機輸出一個長約6mm，頻率為40kHz的觸發信號，觸發信號經過驅動電路CD4069進行調理，如圖4所示，以使超聲波傳感器產生諧振，然后由超聲波測距模塊的發射器向某一方向發射超聲波．在發射超聲波的同時單片機通過軟件開始計時，超聲波沿發射方向在空氣中傳播，當途中碰到障礙物時返回，超聲波測距模塊的接收器收到反射波后，便通過CX20106進行前置放大、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波和比較、積分及施密特觸發比較得到解調處理后的信號，通過輸出反饋給單片機，此時單片機立即停止計時．由于超聲波在空氣中的傳播速度v＝340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點與障礙物的距離，即：s=v*t /2，通過單片機來算出距離以達到避障的目的．

2.5 紅外信號模塊設計

紅外信號模塊是對各個公交站點的識別，每個站點與每個站點之間發送不同的紅外信號，單片機通過對接收的紅外信號進行識別解碼后，執行相應的指令．

（1）紅外發射模塊設計

PT2262工作原理：PT2262最多可有12位(A0～A11)三態地址端管腳(懸空、接高電平、接低電平)任意組合可提供531441種地址碼．最多可以有6位(D0～D5)數據位，設定的地址碼和數據碼與同步碼組成數據幀以串行數據方式輸出，通過無線傳送后，在解碼芯片的數據端取出．

發射電路由PT2262編碼器和紅外發射元件IRED組成．觸發電路采用555振蕩電路，連續間斷性觸發傳送紅外信號．當電路觸發PT2262上電時，設定的地址碼和數據碼與固定的同步碼組成一組編碼從17腳串行輸出，經過紅外發射元件IRED將信號發出．振蕩電阻Rosc用來調節編碼發射頻率，適當調高電路工作電源VCC可以增大發射距離．其中12位編碼可設置為高電平、低電平、懸空三種狀態，因此可以發送531 441種編碼組合，可以滿足各種智能控制和低速、少數據量、短距離數據通信．

圖5 紅外接收電路原理圖

（2）紅外接收模塊設計

紅外信號接收裝置采用集紅外線接收、放大、整形于一體的紅外接收器1838，無需任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL 電平信號兼容的所有工作，故適用于各種紅外線遙控和紅外線數據傳輸．接收信號被送至I/O 端口P3.2后，通過外部中斷方式進行軟件解碼．紅外接收電路原理圖如圖5所示．

3 系統軟件設計

本系統軟件設計在Keil 4軟件環境下對單片機進行編程與調試，以實現各項檢測與控制功能．主程序起到一個導向和決策功能，決定小車如何行駛．小車各種功能的實現主要通過調用具體子程序來實現的．

本系統軟件設計采用模塊化結構，由主程序、各模塊及中斷初始化程序、延時子程序、電機驅動子程序、中斷子程序、循跡檢測子程序、調速子程序、超聲波測距子程序、紅外解碼子程序、語音播報子程序構成。

其中：超聲波測距模塊子程序完成對前方障礙物與小車之間的距離的檢測，將數值反饋給主程序，然后程序對距離進行判斷比較以實現避障的目的；循跡檢測模塊子程序完成對地面軌跡的檢測任務，以實現小車的自動循跡功能；遙控中斷服務子程序完成對遙控信號產生的外部中斷進行處理，對不同的遙控信號產生相應的控制信號；語音播報子程序完成對語音儲存、調用與錄放工作．

4 結論

本無人駕駛公交系統系統選擇比較常見廉價的STC89C52單片機為控制核心，采用C語言在Keil環境下進行編程及仿真工作．本系統經過詳細設計，代碼編譯仿真等，模擬實現了一個集自動循跡、避障、報站等功能于一體的簡單無人駕駛公交車報站系統．該系統電路結構簡單、功耗低、穩定性高，具有一定實際應用價值．

[1] 譚錦榮，余耀堂．一種遠程維護自動公交報站器的設計［J］．客車技術與研究，2013，(2):34 － 36．

[2] 李鴻勝，孫國璽．一種公交車自動報站器設計方案［J］．微處理機，2013，(2):88 － 91．

[3] 陳靜.STC12C5A08S2單片機智能小車控制系統設計[J].陰山學刊,2011,25(4):40-43.

Design according to the automatic driver bus system of STC89 C52

Yan Shunzhi
(Hengshui College of Vocational Technology,Hebei Hengshui,053000)

Introduce a kind of with STC89 C52 list slice machine for control core of unmanned driver male hand over the design of system.this design is driven mold piece,super voice wave by the electrical engineering to measure to be apart from a mold piece and follow the vestige mold piece,red outside and speech mold piece to constitute and draw up to carry out an unmanned driver bus system.pass the headway backset that the C language plait distance carries out a small car,change direction to drive, automatically follow a vestige to navigate,the super voice wave measure and be apart from combine according to examination stumbling block distance adjust speed,red outside control from a distance the fixed-point report function with carry out an intelligence control,attain a design target.

Unmanned driver Mr.hands over system;Super voice wave;Red outside;Follow a vestige

嚴順枝(1967-),男,河北武強人,衡水職業技術學院機電工程系副教授，研究方向：應用電子技術。