基于STC89C51單片機的智能小車

楊佳潤

摘 要本文介紹了一個以STC89C51單片機為控制核心的智能小車，該小車的具有3個輪子，利用L298N驅動芯片驅動電機工作，結合傳感器探測的信號實現了小車的自動循跡、避障功能。

【關鍵詞】單片機 循跡 避障 紅外傳感器

1 引言

隨著機械、電子、電氣、信息處理以及計算機等多個學科的融合，機器人逐漸走入人們的生活中。智能小車就是機器人的一個典型代表，在小車上配備傳感器，通過傳感器識別外界信號，信號反饋給控制器，控制器再根據預先寫入的控制程序判斷小車的狀態進而做出下一步的指令，并傳輸給執行器，從而實現在無人為干預的情況下智能小車的自動行進。智能小車能夠應用于考古、救援、醫療以及家用電器等多個領域，而且還能夠為智能交通的構建提供參考。基于對智能小車的需要，本文研究了一款基于STC89C51單片機的智能小車，能夠實現自動行駛、自動避障以及小車行進狀態的顯示。

2 智能小車總體方案設計

在該設計方案中，智能小車主要由電源、驅動、顯示、循跡、避障以及控制等模塊組成。小車采用前端驅動的方式，兩個前車輪上配備有兩個電機，通過單片機向驅動模塊發出指令，由驅動模塊控制電機的轉動、停止以及正反轉，后端使用一個萬向輪作為支撐保持小車在行駛過程中的平衡。

2.1 控制模塊

該智能小車采用STC89C51單片機作為系統的主控芯片，通過預先寫入STC89C51中的控制程序來控制小車的運動，進而達到對智能小車的控制。

2.2 循跡模塊

循跡是指在預先鋪設的白色地板上設置一條黑色的條帶，即為智能小車的跑道，小車將自動沿著黑色跑道行駛。自然界中不同的物質對紅外線的吸收能力不同，當紅外線遇到白色物體時會發生漫反射，當紅外線遇到黑色物體時，紅外線會被吸收。借助這個原理，在本設計中將兩個循跡紅外對管分別安裝在智能小車車頭下的左右兩側，每個紅外對管都由一個接收管和一個發射管組成，發射管發射紅外光到地面，當紅外線遇到黑色條帶時，紅外線將被吸收，如果左邊的紅外傳感器將接收不到返回來的信號，L298N驅動芯片將控制左邊電機停止轉動，車頭將逐漸向左邊調整；如果右邊的紅外傳感器將接收不到返回來信號，L298N驅動芯片將控制右電機停止轉動，車頭將向逐漸向右邊調整。

2.3 避障模塊

避障模塊主要由兩部分組成，一部分是基于紅外探測原理，類似于循跡。在智能小車的前端以及左、右兩邊分別安裝一對紅外對管，可以用來檢測小車前進路線的前面和左、右兩邊的情況。如果前端的紅外對管檢測到有紅外線被反射回來時，表明前方有阻礙，此時小車會做出相應的響應，躲避障礙物。另一部分是根據金屬探測原理，在實際道路上存在各種小型的金屬材質的障礙物，為了使小車更加適合實際路況，在本設計中采用電感式接近開關作為金屬傳感器，其內部主要由LC高頻振蕩電路和放大處理電路兩部分組成。當有金屬障礙物接近傳感器時，LC高頻振蕩電路將發生電磁場震蕩，將會產生渦流影響接近開關，該開關的振蕩能力隨之減弱，引起電路內部參數發生變化，從而判斷出有沒有金屬障礙物。

2.4 驅動模塊

在智能小車兩個前輪上各安裝一個直流電機，分別控制小車的兩個輪子的轉速，當兩個輪子的轉速不同時，小車將會轉彎，當兩個輪子的轉速相同時，小車將直行。本系統中使用L298N對直流電機進行驅動，其內部設有兩個H橋高電壓大電流全橋式驅動器。通過單片機將PWM脈沖信號傳輸給L298N電機驅動芯片，從而達到控制直流電機的速度、停止和正反轉向，保證小車能夠實現沿著預先設置的軌道行走、躲避障礙物以及自動糾正偏離。

2.5 顯示模塊

該模塊用于顯示智能小車行駛運動的方向、時間和路程。LCD1602是一款液晶顯示屏，具有低功耗、無輻射、顯像穩定、顯示區域大，顯像效果好，能夠顯示多種類型字符以及高分辨率的優點，這款顯示屏足夠滿足本設計的需要，因此在該智能小車上安裝一個128*64的型號為LCD1602液晶顯示屏。

2.6 電源模塊

本次設計的智能小車系統中所有芯片需要的工作電壓大小為5V，考慮到直流電機的額定電壓、額定電流都比較大，本設計中采用9V的干電池作為電源，另外設計了一個電源穩壓電路，利用7805穩壓芯片對9V電壓進行處理得到一個5V穩定電壓。

3 軟件設計

在單片機應用系統的開發過程中，C語言是最為常用的開發語言，而且C語言編程更加符合人的思維方式，因此本文選用C語言作為系統的開發語言，同時借助Keil C51平臺開發了系統軟件。

智能小車啟動后先自由低速行駛，慢慢尋找黑色的跑道，如果遇到黑色跑道就開始計時、記錄路程同時開始高速行駛，在行駛過程中不斷檢測是否出現偏離跑道、遇到障礙，如果出現偏離跑道就進行修正，如果遇到障礙就進行自動躲避障礙。當智能小車到達停車區域，小車將自動停車。主程序流程圖如圖1所示。

4 結論

本文提出了一個以STC89C51單片機為控制核心，結合L298N驅動芯片和傳感器的智能小車，該小車能夠實現自動循跡行走，也能實現自動躲避多種障礙，同時顯示出小車的行進狀態。經過多次實驗，本智能小車的循跡、避障效果比較理想，系統抗干擾能力比較強，可以應用到智能交通、工業運輸等方面，具有很強的實用價值。

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