基于STC89C52 單片機(jī)的智能尋跡避障小車

陳福彩 東營(yíng)職業(yè)學(xué)院

本系統(tǒng)主要包括尋跡避障模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、穩(wěn)壓模塊等。為了能夠更好地成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，我們采用三個(gè)輪的小車，車體是由左右兩個(gè)輪以及后方的萬(wàn)向輪組成，其中左右兩個(gè)輪各有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)合電機(jī)驅(qū)動(dòng)板L298N，通過(guò)主控制器的處理，來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等等。后輪是一個(gè)萬(wàn)向輪，起到支撐小車的作用。

系統(tǒng)硬件方面采用入門級(jí)單片機(jī)STC89C52[2]作為核心控制器，4 個(gè)8 位并行I/O 端口的設(shè)計(jì)也便于功能拓展。采用E18-D80NK 光電傳感器（傳感器分布如表1 所示）。采用25GA-370車模專用的輪胎，搭配具有調(diào)速性能好、編程簡(jiǎn)單的直流電機(jī)，每分鐘轉(zhuǎn)速達(dá)到280 轉(zhuǎn)，工作電壓為6V，系統(tǒng)采用12V 電池盒進(jìn)行供電，另外為了穩(wěn)定電池的電壓輸出，特增加穩(wěn)壓模塊LM2596S，輸入電壓為3.2-35V，輸出電壓為1.25-30V，電壓值連續(xù)可調(diào)，輸出電流比較穩(wěn)定。

表1 傳感器分布表

系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)包括三部分，左循跡部分、避障部分、小柱檢測(cè)部分。左循跡部分包括四種情況：

第一，如果傳感器1、2 都能檢測(cè)到木板，這時(shí)小車已向右偏離軌道，需要通過(guò)程序設(shè)置其向左偏轉(zhuǎn)；

第二，如果傳感器1、2 都沒(méi)有檢測(cè)到木板，這時(shí)小車已經(jīng)向左偏離軌道，需要設(shè)置其向右偏；

第三，如果傳感器1 檢測(cè)不到木板，傳感器2 能夠檢測(cè)到木板，說(shuō)明此時(shí)小車正沿木板左邊沿前進(jìn)；

第四，如果傳感器1 檢測(cè)到木板，傳感器2 檢測(cè)不到木板，說(shuō)明此時(shí)正在通過(guò)直角拐彎處，需要設(shè)置其向右偏轉(zhuǎn)一個(gè)小的角度。

因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)定的是左循跡，所以避障部分第一塊木板是不需要設(shè)置程序去處理的，直接就能繞過(guò)，通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器3，使其檢測(cè)到第二塊木板之后，能夠向右偏轉(zhuǎn)90 度，然后直行前進(jìn)，這時(shí)需要傳感器5 進(jìn)行檢測(cè)，待檢測(cè)到已過(guò)木板軌道的邊緣時(shí)，為了避免因?yàn)樾≤囁俣冗^(guò)快而造成傳感器檢測(cè)到地面之后小車掉落地面的情況發(fā)生，設(shè)置傳感器檢測(cè)到地面以后讓小車后退一小段距離，然后向左偏轉(zhuǎn)90 度直行，直行的過(guò)程中速度小一點(diǎn)，在這個(gè)過(guò)程中傳感器4 一直在檢測(cè)第二塊擋板，當(dāng)檢測(cè)不到第二塊擋板時(shí)，左轉(zhuǎn)90 度，然后再直行，再用傳感器5 去檢測(cè)，如果檢測(cè)到已過(guò)木板軌道的邊緣，為防止掉落還是后退一段距離，右轉(zhuǎn)90 度，接著左循跡直線行駛。因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)置的是左循跡，并且第三塊擋板與木板邊緣之間的距離大于小車的寬度，所以不用考慮第三塊擋板，可以直接左循跡通過(guò)。避障部分流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 避障部分流程圖

小柱部分一共有6 個(gè)小柱，其中小柱1、2 是一對(duì)，小柱3、4是一對(duì)，小柱5、6 是一對(duì)，要求每一對(duì)小柱只能有一個(gè)留在木板軌道上。

小車通過(guò)小柱部分首先需要檢測(cè)軌道上是否有小柱1，傳感器6 用于檢測(cè)軌道是否含有小柱1，如果檢測(cè)到有小柱1，為避免小車直行時(shí)左側(cè)的傳感器會(huì)撞到小柱1，先讓小車右轉(zhuǎn)15 度，直行一段距離以后，再左轉(zhuǎn)15 度恢復(fù)直線行駛，直到傳感器5 檢測(cè)到已過(guò)木板軌道的邊緣時(shí)，停一下，后退一小段距離，左轉(zhuǎn)90 度，直行一段距離，當(dāng)傳感器6 檢測(cè)不到小柱1 時(shí)，左轉(zhuǎn)90 度直行，一直到傳感器5 檢測(cè)到已過(guò)木板軌道的邊緣時(shí)，停一下，后退一小段距離，右轉(zhuǎn)90 度，左循跡直行，因?yàn)樾≈? 與木板邊緣的距離比小車的寬度大，所以不需要考慮有小柱3 的情況，直接左循跡就可以通過(guò)，如果此時(shí)傳感器3 檢測(cè)到小柱4，右轉(zhuǎn)90 度，然后直行一小段，期間利用傳感器5 檢測(cè)或者延時(shí)控制），直行直到檢測(cè)到木板邊緣，左轉(zhuǎn)90 度，直行一小段（延時(shí)控制），左轉(zhuǎn)90 度，直行直到檢測(cè)到木板邊緣（利用傳感器5 進(jìn)行檢測(cè)），右轉(zhuǎn)90 度左循跡直行。如果檢測(cè)到小柱5 或者小柱6 ，都可以左循跡通過(guò)。

如果沒(méi)有檢測(cè)到小柱1，小車在通過(guò)擋板3 以后，左循跡通過(guò)小柱2，有小柱3也可以左循跡直接通過(guò)，如果傳感器3檢測(cè)到小柱4，控制方法同上。同樣檢測(cè)到小柱5 或者小柱6，都可以左循跡直接通過(guò)。

經(jīng)過(guò)調(diào)試與運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)的效果是從起點(diǎn)開(kāi)始出發(fā)，左循跡，遇到擋板繞過(guò)，遇到小柱繞過(guò)，最終順利到達(dá)終點(diǎn)。通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)存在的不足有小車運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際速度不太穩(wěn)定，跟程序中提前預(yù)設(shè)的速度有差值，需要改進(jìn)。