基于單片機的智能小車裝置的設計

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720010

摘要：隨著社會的發展進步，汽車開始普及，走進千家萬戶，全民汽車時代即將到來，自動化的智能小車的研究越來越受歡迎，自動循跡避障小車的研制越來越完善，意在能夠更加穩定循跡，精準避障。本設計就是根據AT89S51單片機設計，實現其自動循跡避障功能，AT89S51單片機作為一個功耗既低、性能又高的CMOS8位單片機為設計電路的主控制核心，外接穩壓電源模塊、紅外傳感器檢測模塊、電機和驅動模塊等部分協同配合，紅外傳感檢測模塊控制小車穩定循跡功能，再由兩個直流減速電機差動調節，以及調節AT89S51單片機發出的PWM的方波占空比，使小車能夠在預設的范圍之內達成任何方向黑線以及隨意角度轉移完成智能小車精確避障功能。

關鍵詞：智能小車；51單片機；紅外傳感器

當下社會科技發展日新月異，智能小車的發展速度飛快，它可以稱作是智能機器人設備的典型體現，在生產工作和社會生活中充當著不可替代的角色，該智能自動循跡避障小車整體是由三個大的模塊構成，分別為：以51單片機為核心的CPU模塊，傳感器監測模塊，驅動電機執行模塊，它可以實現自動穩定循跡功能，也能夠增加精準避障等功能，感應出循跡線和障礙物，能夠實行智能小車非手動避障，自動循跡等功能，從而準確的避開障礙物，自動判斷出正確的行走路線，它可以方便人們的生活，提高工作效率，將智能小車作為模型，運用到汽車行業之中，交通事故大多來源于疲勞駕駛，酒后醉駕，視野不清等人為因素，智能汽車能夠有效的避免這些因素，它可以由控制核心精確控制，將大幅度的減輕交通安全事故

1 系統的設計

按照設計題目的總體需求，確定以下設計方案：如下圖所示，最先要設計出智能小車的基礎模型，以及智能小車的動力方案，同時在小車的PCB（印刷線路板）上安裝其他模塊元件，達成對智能小車的循跡、避障、速度等運作狀態的實時監測，并通過紅外探測模塊將收集到的數據傳輸到AT89S51單片機中進行處置，然后再由AT89S51單片機依據所監測到的各個數據進行對智能小車的控制。本方案采用AT89S51單片機作為小車整體的控制單元核心，能夠實現對智能小車的運行情況實行實時控制，運行靈敏、穩定，誤差小，能夠滿足工作的各種需求。

智能小車的整體設計圖

按照設計需求，設計的智能小車關鍵有以下六個板塊構成，分別是：小車整體框架、穩壓板塊、電源板塊、核心控制板塊、驅動電機板塊和監測板塊。各個功能模塊通過單片機的調控相互協同配合。

2 電源部分

方法一：安裝蓄電池進行供電。此方法的優點是蓄電池成本較低，且容易獲得，也可以提供較穩定的電壓和電流驅動，可利用相應穩壓芯片穩壓后給智能小車電機供電，再利用相應降壓芯片降壓后給控制中心的單片機和其他模塊供電。但缺點是蓄電池的重量很大，這樣就額外的增加了小車的整體重量，使負載變大，使小車無法靈敏轉彎，所占智能小車空間也很大，致使其他模塊的安裝很擁擠。

方法二：安裝可充電電池供電。安裝兩節可充電電池給作為驅動電機的電源，同時給51單片機和智能小車各個功能模塊供電?？沙潆婋姵啬軌蚪o小車提供穩定的電壓，所占體積很小，可反復充電利用，市場上也容易獲取。所以綜上論述，電源部分采取方法二作為智能小車的供電。

3 電機及驅動模塊

3.1電機模塊

一個智能小車想要穩定運行，不僅要有良好的控制核心，還決定于它的電機和驅動，此智能循跡避障小車的兩個電機選取直流減速電機，它具有重量輕、體積小、轉矩大、安裝簡便、使用便捷等優點。它的主要功能是能夠控制小車的運行前進以及避障時的轉彎，這里可以采用減速比是1：75的直流減速電機，減速之后小車電機的轉速變為100轉每秒。如果小車車輪的半徑為2.5厘米，就可以通過式子計算出智能小車的最高速度：

V=2Rπ*V=2*0.025*3.14*110/50=0.345m/s

因此可以很好的實現整體條件。

3.2 驅動模塊

智能小車的驅動模塊是小車整體的關鍵部分，采用L293D為智能小車電機的驅動芯片，它具有電流大、電壓高的特點，并且可以同時控制左右兩個電機，這里采用AT89S51單片機作為控制核心，同時采取PWM調速法來控制小車兩個電機的轉速，單片機XTAL1和XTAL2輸出固定頻率的方波，放大功率后驅動電機，改變占空比，從而改變電機轉速，來控制智能小車的向前、向后、轉彎及停止，并通過兩個電機來實現上述要求，當小車左右電機轉速相同時，小車直行，當小車左邊的電機轉速高于右邊電機轉速時，小車向右轉彎，相反則小車向左轉彎。

4 紅外檢測模塊

前面提到此智能小車的避障和循跡都是利用紅外檢測原理實現的，循跡是指智能小車能夠在地面上沿著黑色循跡線動作，紅外檢測模塊接收不到反射回來的紅外光，然后通過單片機的一系列指令，完成小車的相應動作，調整小車的運動方向，從而確保小車可以沿著黑色循跡線行走。

此智能小車的紅外檢測模塊采用紅外反射式傳感器ST188。小車位于紅外傳感器上方時，紅外光就會被反射回來，接收端接收到反射回來的信號，從而做出相應的動作，相反，則做出另外一種動作。

5 結語

本次設計的智能小車具有循跡與避障等多種功能，以51單片機作為控制器，降低造價，性能穩定，傳動部分采用簡單易于控制的直流減速電機，電機驅動采用了L293D芯片，傳感器選用了紅外反射式傳感器ST188，主要是考慮到躲避障礙功能的實現?？偟膩碇v本設計具有實用性強、成本較低、易于控制等優點。

參考文獻：

[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].清華大學出版，2010.

[2]楊渝欽.控制電機[M].2版.北京：機械工業出版社，2005.

作者簡介：張弘揚，吉林工業職業技術學院教師，研究方向：電氣工程及其自動化。