基于單片機的智能車實訓系統設計與開發

羅叢波

摘要：設計了基于單片機的智能車實訓系統，該系統由10個功能模塊組成，根據實訓內容要求構建硬件電路，可完成智能車的循跡、避障、調速、語音報警、車速和里程顯示及遙控等功能，培養學生的軟件編程、硬件調試的綜合能力，對提高學生的實踐動手能力起重要作用。

關鍵詞：單片機 智能車 實訓系統 模塊化

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2016）23-0051-02

實習實訓是人才培養的重要組成部分，對培養學生的工程意識和創新意識，提高學生的動手能力，加深對所學專業知識的認識具有不可替代的作用。但現階段，實習實訓教學模式陳舊，學生被動接受的內容多，主動探究的機會少，嚴重制約了創新精神和創新能力的培養。針對電類專業目前實習實訓教學中存在的問題，提出了CDIO教學模式，即從Conceive（構想）、Design（設計）、Implement（實施）、到Operate（操作）全流程的教學模式，充分調動學生主動參與訓練項目的積極性，在真設備、真項目和真要求的驅動下，實現學生可持續發展能力的培養。我院測控技術與儀器專業工程項目實訓采用了CDIO教學模式，為此開發設計了基于單片機的智能車實訓系統，該系統由10個功能模塊組成，可根據實訓內容要求構建硬件電路，可完成智能車的循跡、避障、調速、語音報警、車速和里程顯示及遙控等功能，培養學生的系統設計、軟件編程、硬件調試的綜合能力，提高了學生的實踐動手能力和創新能力。

一、整體設計思路

以AT89S52為核心控制器。車體選用標準車架模型改裝而成，霍爾傳感器實現測速和里程統計，紅外傳感器進行軌跡跟蹤，超聲波傳感器避障，藍牙模塊實現無線控制，直流電機對車進行轉向和行動控制，H橋電路實現電機的驅動。本系統基于完備的軟硬件系統，很好地實現了小車的自動循跡和避障，遇到障礙物時，能進行語音報警和自動減速，通過液晶LCD1602顯示車速、里程和距離障礙物距離。

系統由微控制器、電源模、功能按鍵、顯示、電機驅動、語音模塊、藍牙、紅外傳感器、超聲波避障、車速檢測等10個功能模塊構成。如圖1所示，系統采用模塊化的設計，學生可根據設計需要，完成不同功能智能車的硬件搭建和軟件調試，通過藍牙無線通信模塊，可實現智能車的遙控。

二、智能車實訓系統的硬件組成

系統硬件性能的好壞決定了整個系統的運行情況，能否穩定而可靠地運轉就取決于硬件電路的質量。核心控制器采用AT89S52構成最小系統，紅外傳感器模塊采用4組紅外對管構成循跡電路，測距采用HC-SR04超聲波模塊，液晶顯示電路采用1602，電機驅動采用L298構成H橋電路，語音模塊采用ISD1760構成，使用了藍牙通信模塊HC-06實現無線通信，電源電路采用7805和LM1117將96V鋰電池轉換為5V和33V，除電機驅動模塊需96V和藍牙模塊使用33V外，其他模塊均采用5V供電。系統采用模塊化設計，開放式接口，方便學生連線。

電機驅動電路采用L298N構成H橋電路，可同時驅動2個直流電機，如圖2所示，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電機， 5（IN1），7（IN2），10（IN3），12（IN4）腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉，這四個引腳輸入PWM脈沖，假設IN1輸入一個PWM脈沖，IN2輸入與IN1相反的PWM脈沖電機正轉，相反的PWM可以由程序設置，若要實現電機的反轉，則IN1、IN2輸入與正轉相反的脈沖即可實現， EN1、EN2為使能端，控制電機的停轉。當使能端為低電平時，芯片不會工作。

紅外循跡模塊采用紅外對管構成，如圖3所示，一體化紅外發射接收IRT中的發射二級管導通，發出紅外光線，經反射物體反射到接收管上，使接收管的集電極與發射極間電阻變小，輸入端電位變低，當紅外光線照射到黑色條紋時，反射到IRT中的接收管上的光量減少，接收管的集電極與發射極間電阻變大，三極管截止，三極管的集電極C為高電平，再經反相器后輸入到單片機的信號為低電平。在三極管的基極B和發射極E接一個01pF的電容，減少電路中的“毛刺”，以減輕電路的干擾。由于光電傳感器受外界的影響較大，容易引起單片機的誤判，因此我們在電路中加入了一個可調電位器（阻值為10K），通過調整電位器，改變光電傳感器的輸入電流從而改變其靈敏度。

三、測試結果

實訓過程中，以智能車為訓練平臺，根據設計要求構建硬件電路，先進行基礎訓練，然后采用項目驅動式，拓展任務，創新性地進行實訓，通過在智能車平臺上安裝不同的功能模塊來完成某種特定的任務，為了測試智能車實訓系統的性能，制作了智能車的樣機，經過試驗測試，該智能車樣機能夠準確判斷跑道的邊界線并分析出跑道的走向，可以實現自主循跡功能、避障功能和語音報警等功能。

四、總結

本文設計了基于單片機的智能車實訓系統，該實訓系統具有模塊化設計，搭建方便、靈活組合，功能多樣，使學生在該系統上進行硬件電路設計、軟件程序設計和綜合調試等，極大地提高了學生的實訓熱情和實踐動手能力。

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責任編輯：楊國棟