智能小車的設計與應用

王勇申+初俊博+孫恒震+郝政+韓特+劉崢

摘 要 本設計是一種基于單片機控制的自動循跡避障小車系統，智能小車系統由軟件和硬件設計構成。智能小車以C51單片機[1]為主控系統，包括避障模塊、循跡模塊、電機模塊，兩個直流電動機驅動小車前進，用單片機產生脈沖波，控制小車速度。利用紅外傳感器對目標進行檢測，并將檢測到的信號反饋給單片機。單片機對采接收到的信號進行分析和判別，根據判別情況，直流電機對小車的轉向進行調整，從而使小車能夠沿著一定方向（黑線）自動行駛，實現小車自動循跡避障的目的。

關鍵詞 智能小車；單片機；紅外傳感器

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）160-0170-02

在如今全球智能化的時代，機器人在許多領域已開始應用，如消防、工廠、醫院、建筑行業甚至軍事等領域。機器人是靠自身動力和控制力來實現各種功能的一種機器。在機器人技術智能化不斷發展的過程中，科研人員開始將許多新的技術應用于機器人，并運用于各個領域。在這些領域里，科學研究人員發明了許多具有靠自身動力和控制力來實現某種特定性能的智能機器人，如消防機器人、海底作業機器人、醫療救援機器人、作戰應用機器人等，智能小車可作為機器人的一類。智能小車體現了傳感器技術和自動控制技術。智能小車就是通過傳感器對信號進行發送和接收，將接收到的信號進行處理，發送給單片機，通過單片機編程的方法來控制小車，最終實現小車自動循跡避障的智能化要求。

1 主控部分

主控部分以C51單片機為主要器件，由于單片機控制簡單、方便，有很好的控制功能和操作功能，循跡傳感器和避障傳感器將信息傳遞給單片機，單片機通過得到的信息來控制小車的電機，來控制行進中的小車的方向，以實現特定的目標。

2 循跡部分

循跡部分采用RPR-220紅外光電傳感器件[2]，RPR-220由探測器和接收器組成，它的接收器實際上是一個硅平面光電三極管，經測試，該探測器對黑線檢測結果非常好，受外界光源影響較小，小車裝上兩對光電對管，即可保證車體始終保持在軌道內正常前行。循跡即小車沿著指定的行進路線（黑線）行駛，尋跡部分主要采用紅外光電傳感器進行探測，由于紅外線對不同顏色具有不同的反應，當遇到白光時，會發生漫反射，而遇到黑線時，黑線就會將紅外光線吸收。通過對不同顏色的物體反射的情況，將不同信息反饋到紅外接收裝置上。單片機根據此信息來使小車的電機進行特定的進動或停止。開啟小車啟動按鈕，設定小車沿著黑線行駛，利用紅外傳感器對黑線進行探測確定小車是否偏離，如果小車偏離黑線，單片機會通過程序控制小車，如果黑線左偏則會使小車輪子左轉，如果黑線右偏小車輪子向右轉，以此保證小車沿著黑線行駛[3]，如果遇到停止線則小車執行停止命令。

3 避障部分

避障部分同樣采用紅外線避障的手段，紅外傳感器由發射器和接收器組成，發射器向遠處發射信號，信號經反射至接收器，接收器接受信號并通過信號強弱來判斷小車距離障礙物的遠近。根據信號的強弱將信號變成高低電平，由單片機來控制電機，如果小車不能識別到黑線則單片機會控制小車轉向繼續尋找黑線，若識別到黑線則控制小車沿著黑線行駛，直到遇到停止線，小車停止行駛。

本模塊主要有兩部分組成，38kHz的紅外發射模塊和接收比較模塊，采用38kHz頻率段是能有效的排除可見光的干擾，實現避障有效距離50cm左右，更好的完成對電機的控制。

4 電機驅動部分

智能小車的電機驅動為兩個直流電機，每個直流電機與楔形齒輪相連，該智能小車不考慮速度的調節情況，設定小車做勻速運動，驅動部分由芯片組成，該芯片電路為中塊集成電路，用來接收TTL邏輯電平，直流和步進馬達，開關電源晶體管。電機的正轉、反轉、停止均可通過單片機編程，將程序輸入驅動芯片，芯片然后對電機進行正轉、反轉、停止的控制，通過對電機的有效控制，使小車按預定的方向進動。

5 結論

本設計方案以C51單片機為主要器件，循跡部分、紅外線避障部分將獲取的信息傳遞給單片機，單片機通過得到的信息對電機部分進行控制，并做出相應的進動。整個過程需要通過編程的手段，每一部分都有相應的程序來運行，每得到特定的信號后，單片機都將執行它們與之相對應的功能模塊，實現小車的自動循跡功能、自動避障功能，實現小車的智能化行駛。這種智能小車可以應用于多種領域，如消防滅火、醫療救援、水下攻擊等，隨著智能化的發展，必將給人類帶來諸多便利。

參考文獻

[1]張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2010，5.

[2]康華光，電子技術基礎數字部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006，1.

[3]江晉劍，錢萌.一種基于AT89S52的簡易智能小車設計[J].科技論文，2007（7）：98-100.