基于單片機的智能循跡小車設(shè)計研究

邵艷雪　何永樂

摘 要：伴隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度的提升，人們對人工智能的關(guān)注度和研究力度也在不斷提升。智能小車作為一種以人工智能系統(tǒng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代科技，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各領(lǐng)域之中。智能小車的應(yīng)用，可以替代人們在一些惡劣環(huán)境中完成設(shè)備檢測、搬運貨物等工作，這樣不僅可以提升相關(guān)工作的效率和水平，還能夠推動我國社會經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展。對此，本文以單片機形式的智能小車為立足點，對此種智能小車具體的設(shè)計方案展開分析與研究。

關(guān)鍵詞：單片機；智能循跡小車；設(shè)計研究

汽車智能化不僅可以提升其自身的操作性能和行駛安全性，還可以滿足一些特殊場合的行駛與工作需要。就智能小車來看，它可以在現(xiàn)場無操作人員指揮的情況下，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，按照預(yù)定設(shè)計方案做出與之相應(yīng)的工作反映，且即使是在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中，仍舊能夠保持穩(wěn)定運行的狀態(tài)。為了能夠更加了解智能小車的工作狀態(tài)，對其展開進一步的改進，使其能夠在更多類型的環(huán)境和領(lǐng)域中工作，對其智能循跡的設(shè)計進行研究勢在必行。

1 智能小車循跡系統(tǒng)構(gòu)成

本設(shè)計系統(tǒng)中的主控制芯片是STC89C52號單片機，在測量小車與障礙物之間的距離時，采用的是超聲波測距的辦法。在智能循跡小車工作期間，其行進過程中道路的具體情況和行使信息等，都是依靠LCD顯示模塊來實時進行反饋的。此時，智能小車中的主控制系統(tǒng)就可以根據(jù)反饋回來的相關(guān)信息，對小車的行使速度和方向做出相對準(zhǔn)確的判斷，從而及時調(diào)整小車行進速度和行使方向，使其能夠準(zhǔn)確避開所有障礙物。現(xiàn)階段，智能小車主要是由主控制模塊、循跡感測模塊、避障模塊、前進模塊、轉(zhuǎn)彎控制電機模塊、液晶顯示模塊所構(gòu)成。

2 智能小車循跡系統(tǒng)的硬件組成和設(shè)計

2.1 主控制模塊

在系統(tǒng)設(shè)計中，本模塊使用的是包含了八位微控制器的STC89C52單片機。當(dāng)設(shè)計人員確定了智能小車系統(tǒng)所使用的超聲波，以及光電接近開關(guān)之后躲避障礙的具體方案后，且小車的行進路徑信號也經(jīng)過了STC89C52的I口或者是O口的輸入處理，小車本身的運動情況就可以得到有效控制。而相關(guān)人員則是借助P0口所輸出的電機控制信號來完成這一控制決策工作的。

2.2 驅(qū)動模塊

雖然智能小車屬于一種高水平的人工智能系統(tǒng)，但其在運行期間的各類運動行為也都是依靠電機設(shè)備帶動起來的。小車在運動期間，其內(nèi)部單片機可以按照前方道路的實際情況和環(huán)境信息等發(fā)布相應(yīng)的控制指令，而后借助電機設(shè)備的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運行達到控制小車運動方向的最終目的。一般情況下，電機驅(qū)動模塊使用的都是H橋式的驅(qū)動電路[ 1 ]。在本文所介紹的智能車系統(tǒng)中，L298N內(nèi)部就集成了H橋式這種驅(qū)動電路。這樣一來，小車操控人員就可以借助單片機給予的PWM信號和L298電路對小車啟動、停止和運動速度進行有效控制。

2.3 避障模塊

作為控制智能小車運動的核心內(nèi)容，避障模塊也是整個系統(tǒng)內(nèi)最為關(guān)鍵的一大模塊。應(yīng)用智能小車企業(yè)中，操作人員制定的避障方案質(zhì)量的好壞，將會對系統(tǒng)本身最終使用性能的高低產(chǎn)生直接影響。在本文智能小車系統(tǒng)設(shè)計中，使用的為HC—SR04號的超聲波模塊來控制智能小車躲避障礙。該模塊的使用，能夠提供大約兩厘米到四百厘米非接觸式的距離感測運動功能，距離測量結(jié)果的精度度能夠達到三毫米左右。并且，該模塊的使用，還可以在充分滿足智能車系統(tǒng)運動要求的基礎(chǔ)上，提升小車本身的精確度與抗干擾性能，確保小車在運行的過程中能夠很好的判斷出前方地面是否存在地面突起或者是小車無法穿越的障礙。該模塊中還包括了超聲波發(fā)射器、控制電路、接收器。就目前來看，智能車系統(tǒng)中的避障模塊采用的是紅外線探測法。即借助紅外線在不同顏色物質(zhì)的表面反射情況不同的特點來確定自己前進路徑上存在的所有物質(zhì)的類型。在本文的智能系統(tǒng)中，使用的是型號為TCRT5000的光電對管[ 2 ]。智能小車在行駛的過程中，可以不斷向地表發(fā)射紅外線光，當(dāng)紅外線的光遇到了白色的地面時，就會出現(xiàn)漫反射；而后反射光就會被智能小車上裝載的接收管全部接收。如果小車在行駛過程中遇到的黑線被紅外光吸收，小車上的接收管就不會收到信號。這樣一來，操作人員就可以通過LM324作比較器，對高低電平進行采集，完成信號檢測工作，從而將檢測到的信號傳輸?shù)街悄苄≤嚿希蛊淇梢栽谇斑M的過程中有效的躲避路徑上存在的所有障礙物，進而達到智能避障，提升小車工作效率的目的。

2.4 測速模塊

智能小車測速模塊是由單光束的紅外光電傳感器和一個自制黑白編碼盤所組成的。相關(guān)人員可以將紙板制作成一個圓形，之后將圓形平均劃分成六個扇面，并使用間隔涂黑的方式。在使用的過程中，操作人員需要在小車的輪子上固定碼盤，這樣碼盤就會隨著小車的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。因為紅外傳感器只會對黑色與白色產(chǎn)生不同反映并輸出高低電平，所以，操作人員只需要將相應(yīng)的信號變化輸進單片機內(nèi)，對其進行計數(shù)，便可以完成距離測量工作。同時，操作人員海爾可以借助定時器的計時功能計算出小車的行進速度[ 3 ]。此外，操作人員應(yīng)當(dāng)在小車的兩個輪子上都安裝測速裝置。因為小車在轉(zhuǎn)彎運動時，兩個輪子的運轉(zhuǎn)速度不同。因此，當(dāng)兩個輪子的運動速度不同時，就表示小車在進行轉(zhuǎn)彎運動，而操作人員則可以通過取兩個輪子運動速度的平均值了解小車運動速度，計算出小車和障礙物間的距離。

3 結(jié)語

綜上所述，筆者主要是以單片機與傳感器這兩大原理為基礎(chǔ)，對智能循跡小車的設(shè)計展開研究。在本文研究的智能小車系統(tǒng)中，型號為STC89C52的單片機屬于主控制芯片，型號為12V和L298N的直流電機屬于系統(tǒng)中的驅(qū)動元件。而后在借助軟件編程技術(shù)，從而制作出了一套功能模塊化、結(jié)構(gòu)完成、反應(yīng)力相對較為靈敏的智能循跡小車。最后，筆者對該小車的躲避障礙的能力進行測試和實驗，以此來判定該小車的工作能力。

參考文獻：

[1] 朱濤.基于STC89C52單片機的智能循跡小車設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2011，8（31）：7751-7753+7758.

[2] 顧群，蒲雙雷.基于單片機的智能小車避障循跡系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012，9（05）：23.

[3] 金立，賈存良，王梅，劉恩鵬.基于PIC單片機的智能循跡小車設(shè)計[J].工礦自動化，2010，10（08）：129-132.

作者簡介：

邵艷雪，河北人，河北大學(xué)，測控技術(shù)與儀器；

何永樂，河北藁城人，河北大學(xué)，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)。