基于單片機的智能跟隨小車

摘要：跟隨小車是一個運用傳感器、單片機、電機驅(qū)動及自動控制等技術(shù)來實現(xiàn)按照預(yù)先設(shè)定的模式下，不受人為管理時能夠自動實現(xiàn)循跡導(dǎo)航的高新科技。本文采用STC89C52單片機作為小車的控制核心，采用BFD-1000五路尋跡模塊作為小車來識別白色路面中央的黑色引導(dǎo)線，紅外對管發(fā)生信號和接收信號確定位置，用以實現(xiàn)小車自動識別路線，以及用紅外線發(fā)送和定位并選擇正確的路線，電路結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，可靠性高。

關(guān)鍵詞：單片機 自動循跡 紅外 驅(qū)動電路

隨著計算機技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，機器人技術(shù)較以往已經(jīng)有了突飛猛進的提高，跟隨小車即帶有視覺和觸覺的小車就是其中的典型代表。跟隨小車具有高度自動化、高智能化的特點，可以根據(jù)主人移動改變行駛路徑，在智能家居應(yīng)用中可以代替人工控制各種電器，此外，跟隨小車依靠蓄電池提供動力，還有清潔生產(chǎn)、運行過程中無噪音、無污染的特點，可用在工作環(huán)境清潔的地方。

1、系統(tǒng)基本組成

跟隨小車主要由STC89C52單片機電路、BFD-1000五路尋跡模塊、L298N驅(qū)動模塊、直流電機、紅外發(fā)射管模塊、紅外接收管模塊、小車底板、電源模塊等組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2、元器件采用

（1）單片機電路：采用STC89C52芯片作為控制單元。STC89C52單片機具有低成本、高性能、抗干擾能力強、超低功耗、低電磁干擾。

（2）BFD-1000 專門設(shè)計用作黑（白）線檢測的傳感器，特別適合復(fù)雜黑白線、交叉黑白線的檢測，它有5路高靈敏度的紅外傳感器（5 路巡線、1 路蔽障），能夠?qū)诎拙€準(zhǔn)確的識別。

（3）L298N驅(qū)動模塊：采用L298N作為電機驅(qū)動芯片。L298N具有高電壓、大電流、響應(yīng)頻率高的全橋驅(qū)動芯片，驅(qū)動能力強、操作方便，穩(wěn)定性好。另外，L298N的驅(qū)動功率較大，能夠根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負(fù)載能力不夠的問題。

（4）直流電機：采用雙直流電動機。直流電動機調(diào)速方法分為兩種：一種是直接調(diào)整電壓，另一種通過PWM調(diào)速。PWM調(diào)速就是使加在直流電機兩端的電壓波形為矩形波，改變矩形波的占空比就能實現(xiàn)電壓的改變，從而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變。

（5）電源模塊：由三個串聯(lián)1.5V干電池作為電源。

（6）紅外線發(fā)射模塊：用四個紅外發(fā)生二極管組成。紅外發(fā)光二極管其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光。管壓降約1.4v，工作電流一般小于20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅(qū)動管上加上一定頻率的脈沖電壓。

3、系統(tǒng)調(diào)試

晶振電路的測試：在單片機正常運行的必要條件是單片機系統(tǒng)的時鐘穩(wěn)定正常。在系統(tǒng)通電的狀況下，用萬用表的直流電壓檔（20V），分別測量XTAL1和XTAL2引腳的電壓，看是否正常，在調(diào)試過程中，測得電壓XTAL1引腳應(yīng)為2.05V，XTAT2應(yīng)為2.15V。

復(fù)位電路的測試：單片機正常工作時，RST復(fù)位引腳應(yīng)為0V，按下復(fù)位按鍵時，復(fù)位引腳為高電平5V左右。

尋線的測試：小車按照思路做好，車上的五路尋跡模塊的靈敏度太高，不管是遇到黑線和白紙都能收到反射回來的信號，這樣子不能做到尋線走動的功能。因為五路尋線模塊上自帶有調(diào)節(jié)靈敏度的按鈕，所以在多次調(diào)試之后能夠按照預(yù)料中的情況發(fā)展，能夠在線上行駛。

紅外編碼發(fā)射和接收的測試：做好紅外線發(fā)射管后開始進行單個調(diào)試，由于發(fā)射管是四面光的，因為發(fā)射范圍幾乎是全方位，我拿黑色的膠布把除了正前方以外的位置全部遮住，把干擾降到最低。編程方面也出現(xiàn)過很多問題，比如說晶振、波特率要和接收機的一樣，不然會出現(xiàn)亂碼情況，就達不到想要的效果。

系統(tǒng)經(jīng)過測試，基本實現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)小車的循跡功能、定位功能，基本上能實現(xiàn)小車的路徑規(guī)劃功能，實物如圖2所示。

4、結(jié)語

加入了高新技術(shù)的跟隨小車產(chǎn)品越來越多，使得跟隨小車的發(fā)展呈現(xiàn)多循跡小車作為現(xiàn)代玩具產(chǎn)業(yè)的核心的一部分，更需要不斷應(yīng)用現(xiàn)代先進的技術(shù)開發(fā)出更新穎的產(chǎn)品。本設(shè)計主要是把傳統(tǒng)智能循跡小車系統(tǒng)和可編程電子器件結(jié)合起來設(shè)計跟隨小車系統(tǒng)，并通過人工智能算法實現(xiàn)一定的智能化的方法，有一定的現(xiàn)實意義和市場價值。

資助項目：廣西高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目“智能熱能自動跟蹤小車的設(shè)計”

參考文獻：

[1] 張剛毅著.單片機原理及應(yīng)用—C51編程+Proteus仿真.高等教育出版社，2012

[2]郁有文、常健、程繼紅著. 傳感器原理及應(yīng)用. 第4版. 西安電子科技大學(xué)出版社，2014

作者簡介：

李紀(jì)寧，第一作者，（1996年—），男，廣西大學(xué)行健文理學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)2013級學(xué)生；

陳海生（1991年—），男，廣西大學(xué)行健文理學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)2013級學(xué)生；

蔡彬彬（1995年—），男，漢族，廣西大學(xué)行健文理學(xué)院2013級學(xué)生，

黃乙凇（1995年—），男，廣西大學(xué)行健文理學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)2013級學(xué)生；

趙玲峰，通訊作者，（1982年—），女，講師，信號與信息處理研究方向，Email：lingfeng091123@126.com。

（作者單位：廣西大學(xué)行健文理學(xué)院）