基于單片機多功能智能小車設計

董香麗 李 圳 孟偉霞 吳 倩 于申鵬/山東協和學院

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基于單片機多功能智能小車設計

董香麗 李 圳 孟偉霞 吳 倩 于申鵬/山東協和學院

【摘 要】該多功能智能小車利用51系列單片機STC89C52RC為主控芯片，采用超聲波和紅外光電傳感器對障礙物的識別。采用步進電機對車的轉向進行控制等，實現左轉、右轉、前進、后退、自動規避、檢測溫濕度等的功能。

【關鍵詞】智能小車；51單片機

引言

智能小車作為輪式機器人的一個重要分支，隨著機器人研究的深入受到越來越多人的關注。國內很多高校和研究院所在機器人小車項目上都取得了成績，也有很多家公司在開發和研制教學及比賽用機器人小車。[1]本設計以利用51系列單片機STC89C52為主控芯片，采用超聲波和紅外光電傳感器進行障礙物的識別與測距定位。采用步進電機對車的轉向進行控制等，實現左轉、右轉、前進、后退、自動規避、檢測溫度、濕度等多種功能。

一、系統總體設計

系統總體方框圖1所示。[2]總體設計控制電路板以STC89C52RC為控制核心；循跡模塊可以沿白底黑線或者黑底白線智能前進；電機驅動、超聲波和紅外可以按照設定程序智能地實現左轉、右轉、前進、后退、自動規避、檢測溫濕度等的功能；整個過程由電源供電；小車底盤部件包括了底盤本體、電池盒、左右輪子和尾輪等部件。選用三輪結構車體，車體前方兩側為驅動輪，后方中心裝有尾輪，起支撐作用，這樣可以保證小車能夠靈活循跡。[2]整個設計在保證實現其功能的基礎上，盡可能多的降低系統花銷。

圖1　系統總體方框

二、系統硬件

1.循跡模塊。

通過對IO端口加以信號輸入電路，控制電路，執行電路共同完成循跡。本智能小車采用紅外循跡模塊，通過調節電位器來改變傳感器的靈敏度，智能識別小車行走的白色地面上黑線。當小車的一邊下方的紅外對管放在黑線上，LED燈就會變黑，反之，LED變亮，也就是說，如果小車左側LCD燈亮，右側lCD燈不亮，則說明小車左轉，如果右側lCD燈亮，左側LCD燈不亮，則說明小車右轉，如果左側右側LCD燈都亮，則說明小車前進。電路圖如圖2所示。這樣我們就可以很方便的根據小車是否沿著黑線行駛來判定小車的運動狀態。

2.電機驅動模塊。

由電機的正轉和反轉由電機的正轉與反轉來完成機器人的前進，后退，左轉，右轉，遇障礙物繞行，避開邊沿等基本動作。L293D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。

圖2　識別黑線原理圖

3.超聲波模塊。

在小車前進的時候會通過超聲波不斷地進行測距，如果手離小車的距離小于10厘米，小車就會后退，如果手離小車的距離大于15厘米，小車就會前進；如果手里小車的距離大于10厘米而小于15厘米，小車就會停止。從而，小車會智能識別手的距離來相應做出動作。

4.紅外避障模塊。

本小車采用兩路紅外避障模塊，智能識別左前方和右前方的障礙，通過調節電位器來改變傳感器的靈敏度，當前方沒有障礙物時，左前方和右前方對應的位置的LED燈會亮。當左前方有障礙物時，左前方的LED燈會熄滅，小車暫停一會兒，后退一點，右轉彎。當右前方有障礙物時，右前方的LED等會熄滅，小車暫停一會兒，后退一點，左轉彎，當正前方有障礙時一點，左轉彎，自主避開障礙物，從而實現智能避障。

5.溫濕度模塊。

該模塊采用DHT11傳感器，它是一個含有已校準標準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和長期穩定性。該傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與高性能8位單片機STC89C52RC連接。該傳感器已在極為精確的濕度校驗室中進行校準，單線制串行接口，比較適合在智能小車上應用。該傳感器溫度測量范圍在0度～50度，溫度測量誤差在2度左右。濕度測量范圍在20%～95%，濕度測量誤差在5%左右。

6.紅外遙控模塊。

本智能小車配套的遙控器上每一個按鍵都對應一個數據碼。遙控器上的按鍵很多，根據小車運動的需要，選擇其中的五個按鍵來控制小車的巡航動作（前進、后退、左轉、右轉、停止）。比方說我們想讓小車左轉，按下按鍵后小車左轉后會繼續向前走。這樣就實現了使用遙控器來控制小車的運動情況。

7.電源模塊。

兩節干電池或者直接插到電源上供電。這里就不多贅述了，但需要注意的是小車在不用時要去除電池，這樣對小車，對電池都有安全保障。

了解了這幾個模塊后，我們就可以用底盤本體、單片機，電機、電池盒、萬向輪、左右輪子和尾輪等材料組裝小車了。

三、系統軟件

對于微機控制系統而言，在設計過程中硬件系統只是其中一部分，軟件系統的設計是另外舉足輕重的一部分，它的主要內容就是如何根據每個生產對象的實際需要設計出應用程序。[3]必須要有：CH340驅動，是一種黑色的連接線驅動即usb轉rs232驅動；KeilC51，是美國Keil Software公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統；燒錄工具STC-ISP-V4.83，用于往單片機內燒寫程序。當然，為了方便設計還可以使用其他一些軟件。

四、結束語

該智能小車以單片機為核心，采用以上多種模塊成功實現左轉、右轉、前進、后退、自動規避、檢測溫度、濕度等多種功能。在設計制作完成后著重對數據的精度進行測試，該系統控制下的小車具有很好的識別能力，可靠，穩定，并且易于功能進一步擴展完善。

參考文獻：

[1] 王琰，郭燕.基于C51單片機的智能循跡小車設計與實現[J].機電一體化，2013:72-76.

[2] 史洪宇.基于單片機的多功能智能小車的設計[[J].儀表技術，2010(12):16-18.

[3] 葉偉慧.80C51單片機智能小車設計分析[J].計算機光盤軟件與應用，2012(7):182-183.

基金項目：

國家大學生創新創業計劃基于單片機多功能智能小車設計，編號：201410825043。