基于單片機的智能小車研究

蘇安民 高加江 王維彤 姜瑞

摘 要：單片機自身的優勢較多，已經被廣泛應用在多個領域中，基于單片機的智能小車具有靈活、環保的特征。對此，筆者將結合自身的工作經驗，以AT89S51單片機為智能小車設計的核心，探究基于單片機的智能小車設計與實現的式，以期為相關人員提供參考，發揮單片機的作用并優化智能小車的性能。

關鍵詞：單片機；智能小車；電機驅動；避讓功能；循跡模塊

前言：智能小車中運用ATMEL公司的AT89S51單片機，作為整個系統的主控部件，以此來實現控制小車的目的。智能小車的電機驅動中，主要使用L293D芯片，并將特定電平應用在芯片上，實現停止、正轉與反轉的目的，其為智能小車轉向、前進與后退的基礎。在本文所設計的智能小車中，安裝了紅外發射接收管，可以實現對障礙物的探測，避免在運行中發生碰撞問題，提高智能小車運行的穩定性與安全性。

1.智能小車電機驅動以及方向控制

智能小車中的電機控制系統主要使用L293D芯片，其中設置了鉗位二極管，具備四通道、大電流、高電壓的驅動功能。其中，每通道的實際輸出電流等于600mA，最大情況下能夠達到1.2A。在該模塊與其他電路的接口中，包含四個端口，即MG1的啟動與方向控制、MG2的啟動與方向控制，可以將前期與單片機的I/O口分別連接。在三極管作用的影響下，智能小車中IN1與IN2的邏輯電平，始終處于相反的狀態中。具體而言，如果MG1的方向控制等于1，此時IN1等于0，而IN2等于1，智能小車的電機會發生反轉。相反，如果MG1的方向控制等于0，此時的IN1等于1，而IN2則等于0，智能小車的電機則為正轉。在MG1啟動信號的控制之下，MG1會呈現出不同的運行狀態，即啟動信號為1時MG1轉動，反之則為靜止的狀態。相比之下，智能小車中電機MG2的運行等同于MG1[1]。

2.智能小車避障功能的設計與實現

在設計智能小車的過程中，為了能夠保證其運行的安全性、穩定性，應該保證智能小車具備避障功能。要想實現這一目標，可以將紅外發射接收二極管應用在其中，減少周圍環境對于智能小車運行的影響。紅外發射接收二極管能夠在運行的過程中，分為反射模式、對發模式，本文所設計的智能小車選擇反射模式實現小車避讓的目的，即二極管根據自身是否能夠接收到紅外觀為依據，對前方是否存在障礙進行判斷。具體而言，智能小車中避障系統中紅外發射接收二極管為50Hz，所以在設計的過程中應該以定時器TO為基礎，在PO.7口位置處產生方波信號，同時將三極管、一限流電阻相連，提高紅外發射接收二極管的發射功率，并運用電位器R5實現避障距離的調節。

智能小車避障系統中，R7作為調節電位器可以對放大器的倍數進行調節，最大程度提高智能小車避障功能的靈敏性，保證智能小車能夠穩定運行。在智能小車運行期間如果前方不存在障礙物，則紅外發射接收二極管無法接收到紅外光，其中放大器同相輸入端基本等于0。在后續比較器的作用下，使得該模塊運行時的輸出邏輯為0，二極管的指示燈為熄滅狀態。如果智能小車運行時前方存在障礙物，障礙物就會向紅外發射接收二極管反饋紅外光，而放大器同相輸入端存在正壓信號，所以此時使得該模塊運行時的輸出邏輯為1，二極管的指示燈為亮起狀態。以反向器為基礎將模塊輸出并與單片機P3.2相連，其為中段外部的輸入，此時單片機就會對相應的單口狀態進行查詢，以此來控制小車的走向，實現智能小車避障的目的。

3.智能小車循跡模塊的設計與實現

在設計智能小車的過程中，為了優化循跡模塊的性能，筆者采用光敏電阻的方式進行設計與實現。具體而言，智能小車的循跡模塊的設計運用光敏電阻，如果光照較強時，光敏電阻的電阻值較小；反之，如果光照較弱時，光敏電阻的電阻值較大。基于光敏電阻的這一功能與特點，能夠保證智能小車在白色場景中，實現對黑色軌道的準確循跡，或者智能小車在黑色場景中，實現對白色軌道的準確循跡。本文所設計的智能小車中，采用第一種方案進行設計，即在白色場景中，智能小車可以實現對黑色軌道的準確循跡。

4.智能小車無線收發模塊的設計

無線接收模塊是智能小車中重要功能之一，在本文的設計中，無線接收模塊的頻率等于315MHz，可承受的電壓范圍在3V至12V之間，如果工作電壓等于5V，無線接收模塊的發射距離能夠達到100米至200米。如果電壓出現變化，無線接收模塊的發射頻率基本不會發生變化，所以通過配套的收發模塊就能夠實現數據收發的目的。同時，發射模塊主要運用ASK的方式進行調節，以此來降低智能小車運行的能耗。在無線接收模塊中，存在4個管腳，即數據（DATA）、天線（ANT）、地（GND）、電源（VCC）[2]。

將其作為基礎，無線接收模塊的數據端等于1時，模塊就會發出一個高頻載波信號；無線接收模塊的數據端等于0時，模塊則不會發出高頻載波信號。當接收端進行解調時，會對接收到的載波信號、未接收到的載波信號進行相應的處理，以此來實現解調的目的。為了可以降低無線傳輸中出現的誤碼率，可以使用PT2262編碼芯片、PT2272解碼芯片，提高智能小車系統的簡單性，并將PT2272數據與單片機相互連接，實現無線數據傳輸的目的。

結語：綜上所述，將單片機應用在智能小車的設計中，需要設計人員做好各方面的設計工作，包括電機驅動以及方向控制、避障功能、循跡模塊、無線收發模塊等。在這一基礎上，能夠充分發揮單片機的作用，實現智能小車穩定運行的目的。

參考文獻：

[1]王君顏，許坤.基于STC89C51單片機的多功能智能小車設計策略研究[J].南方農機，2019，50（04）：106.

[2]申扣明，楊國平.基于單片機技術的自動循跡避障尋光智能小車系統設計[J].自動化應用，2018（09）：75-76+82.