基于STC89C52單片機的智能小車的設計

索南尖措　楊建　周歡歡　楊倩

【 摘 要 】 論文項目是基于STC89C52單片機的智能小車的設計與實現，小車完成的主要功能是能夠自主識別黑色引導線并根據黑線走向實現快速穩定的尋線行駛。小車系統以 STC89C52單片機為系統控制處理器，采用ST178紅外傳感器獲取道路的信息，來對小車的方向和速度進行控制。此外，對整個控制軟件進行設計和程序的編制以及程序的調試，并最終完成軟件和硬件的融合，實現小車的預期功能。

【 關鍵詞 】 智能小車；自動循跡；紅外探測法；STC89C52單片機

【 中圖分類號 】 TP23 【 文獻標識碼 】 A

【 Abstract 】 This project is to design and implement smart car based on STC89C52 SCM. The main feature completed by the smart car is the ability to identify the black guide lines automatically and to achieve fast and stable race hunting according to the direction of the black wire. Trolley system uses STC89C52 SCM as the system control processor； adopts ST178 infrared sensor to obtain information of the roads in order to control direction and speed of the smart car. In addition， through designing the entire control software， compiling and debugging the program and accomplishing the integration of the software and hardware to achieve the desired functions of the car.

【 Keywords 】 smart car； automatic race hunting； infrared detection method； stc89c52 scm

1 引言

智能車輛也叫無人車輛，是一個集環境感知、規劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統。它具有道路障礙自動識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控制等功能。

智能車輛的主要特點是在復雜的道路情況下，能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預定的道路（軌跡）行進。智能循跡小車有基于傳感器實現的，也有基于圖像視覺實現的。本文的小車是使用傳感器感知路線和障礙并做出判斷和相應的執行動作，擁有自動導引功能和避障功能。智能循跡小車能夠實現自動識別路線，判斷并自動避開障礙物，選擇正確的行進路線。智能循跡小車的實現，未來在對軍事偵察與環境監測、探測危險與排除險情、安全監測受損評估、智能家居方面都會得到很大的應用，而且還能為智能交通的實現提供一些幫助。本文基于STC89C52單片機設計了一款智能小車，并實現了智能循跡、智能避障等功能。

2 智能小車的硬件設計

2.1 智能循跡小車的總體設計

本設計基于STC89C52單片機，STC89C52是低電壓，高性能CMOS 8位單片機。智能小車系統的組成主要包括傳感器檢測部分、執行部分、CPU。機器人要實現自動避障功能，還可以擴展循跡等功能，感知導引線和障礙物。可以實現小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避。

本系統共設計兩個減速電機，分別置于車體兩端控制左右車輪；后輪使用萬向輪，維持車身平衡；ST178紅外光電開關置于車體前方；電池盒置于主板下方。在制作車輪時，經過反復考慮論證，制作了左右兩輪分別驅動，后方向輪轉向的方案。在安裝兩個驅動電機后，再在小車后方安裝一個可以180度轉換的后輪，不僅起支撐作用，而且在小車轉彎時起到減少摩擦的作用。對于車架材料的選擇，鑒于方便性，筆者選擇了電路板。

自動循跡小車以控制芯片為核心，經焊接相關芯片用電路板自制而成，通過I/O口檢測信號，輸出信號到電機驅動，從而驅動兩個減速電機控制其前進、停止、左轉、右轉。小車就是根據LM339比較器來采集高低電平來確定路面信息，具體為檢測信號則為三組紅外發射和接收管，當小車行駛在貼有黑色膠帶的白紙上時，小車發出的紅外線被黑色膠帶吸收，被白色的白紙所反射，所以紅外線可以接收到由白紙反射來的信號，然后將此信號傳送到單片機的I/O口顯示為高電平；接收不到射到黑色路線上的信號， I/O口顯示低電平信號。整體框圖如圖1所示。

2.2 STC89C52單片機簡述

STC89C52是低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器PEROM和128bytes的隨機存取數據存儲器，STC89C52使用經典的MCS-51內核，MCS-51是標準的40腳雙列直插式集成電路芯片，其具體功能在文獻[9]中有詳細介紹。

STC89C52中的高增益反向放大器與反饋器件一起構成自激振蕩器，振蕩電路參見圖2。而石英晶體和陶瓷諧振器都可以作為反饋器件使用。如果使用石英晶體，建議電容使用30PF±10PF，而陶瓷振蕩器建議使用40PF±10PF。

2.3 紅外探測法循跡模塊設計

本項目中，小車循跡的方法采用了紅外探測法進行道路信息監測，即采用ST178型光電對管發出紅外線，然后根據小車上的接收管接收的反射光確定路面信息。在小車沿著白紙黑線的路面行駛時，紅外線射到黑線上時，由于黑色對所以顏色光線都有吸收作用，所以，接收管接收不到反射光線；當紅外線射到白紙上時，由于白色只能吸收白色光線，所以會對紅外線進行反射，反射光線被小車上的接收管接收，再通過LM339作比較器來采集高低電平，從而實現對路面的監測。其電路圖設計如圖3所示。

2.4 LED電源開關顯示電路

電源開關采用LED作為指示燈，當電源開關打開時燈便會亮，電源開關未打開時燈便會熄滅。

2.5 電機驅動電路設計

本項目綜合考慮到體積、重量、安裝等方面的原因，選擇采用直流減速電機，其原理是電機提供原始動力，然后產生扭轉力帶動小車運動。然后采用功率三極管，作為功率放大器控制直流電機，現市面上有很多此種芯片，本項目選用了L298N，L298N是內部同樣包含4通道邏輯驅動電路，并具有高頻率的特征，如圖4所示。

P0.0，P0.1，P0.2，P0.3 分別通過LG9110機驅動來驅動電機1和電機2，然后，由電機的正轉與反轉來完成智能小車的相應動作。

3 智能循跡小車的軟件設計

本程序通過前方的紅外探頭來檢測地面的信號，根據道路的要求，當道路為黑色時，紅外接收到信號，與地面檢測的紅外相應端口低電平，當道路為白色時，與地面檢測的紅外相應端口為高電平，我們就可以根據這和判斷條件來進行道路黑白線的尋找，其程序流程圖如圖5所示。

4 結束語

本設計是一個軟硬結合的一個系統的設計，其中以硬件設計為主。在本設計中硬件的核心是單片機和驅動電機以及紅外光電傳感器的設計。要想完整出色的完成本設計要對單片機的硬件及電路的設計有充分的了解，所以筆者在做本設計時，一邊查資料，一邊復習之前學過的相關知識。不僅如此，此項目的智能小車在完成設計的前提下，充分考慮了外觀、成本等問題，在性能和價格之間作了較好的平衡。

參考文獻

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基金項目：

西藏大學大學生創新性實驗訓練計劃項目（2015QCX090）。

作者簡介：

索南尖措（1977-），男，藏族，青海海南藏族自治州人，副教授，碩士；主要研究方向和關注領域：藏語自然語言處理。

楊建（1993-），男，漢族，云南曲靖人，本科在讀生；主要研究方向和關注領域：嵌入式開發。

周歡歡（1994-），女，湖南衡陽人，本科在讀生；主要研究方向和關注領域：數學建模及其應用、交通運輸規劃與管理。

楊倩（1994-），女，陜西漢中人，本科在讀生；主要研究方向和關注領域：數學建模及其應用、交通運輸規劃與管理。