基于51单片机的简易智能小车设计

张馨月

摘 要：文章介绍了一种可循迹、可追光、可金属探测的基于51单片机的智能小车的设计。小车的设计以AT89S52为核心，结合漫反射式光电传感器、电感式接近开关、光敏二极管和LM393实现循迹、追光、金属探测功能。采用AT89S52芯片控制能够实现全部功能，系统电路结构简单，可靠性高。

关键词：AT89S52；循迹；追光；金属探测；智能小车

1 概述

在科学技术飞速发展的今天，人工智能越来越受到人们的关注。智能小车也属于人工智能中轮式机器人的一个分支，因而成为大多数电子类在校大学生学习和实践的重点。本文设计的智能小车以AT89S52单片机为微控制器，使用L298N作为两个直流电机的驱动芯片，驱动小车车轮运动。单片机通过传感器检测到的不同信号，根据程序指令小车做出相应的动作。小车在循迹的时候遇到金属物，小车停止循迹并鸣响蜂鸣器，在数码管上显示循迹过程中检测到的金属物个数；在循迹过程中有光源靠近则追光行驶。

2 智能小车的总体设计

智能小车的总体构成有单片机最小系统、电机驱动、传感器部分和底盘部件。单片机最小系统的制作，包括单片机及其外围电路、蜂鸣器电路、电源电路、4位七段LED数码管显示电路、ISP程序下载口、留足各个传感器的接口。智能小车的系统框图如图1所示。

3 硬件模块设计

3.1 单片机控制系统

选用ATMEL公司的AT89s52单片机，该单片机片内集成有定时器，中断系统，丰富的I/O端口，有较强的位处理功能，且价格便宜，指令系统较简单。考虑本系统主要用于控制，不需要复杂的运算，选用AT89s52完全可以实现控制功能，且价格便宜，编程较容易。

3.2 电机驱动模块

单片机的带负载能力是无法直接驱动直流电机的，所以采用L298N作为直流电机的驱动模块。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电机和步进电机。该芯片可以驱动一台四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。本文所设计的智能小车两个前轮与直流电机连接，后轮采用一个万向轮，因此用一个L298N足以驱动小车行驶。通过改变输入左右两直流电机的PWM脉冲宽度，来实现对小车的直行、左转、右转的方向控制。

3.3 循迹模块

本设计采用漫反射式光电传感器，它是由发射器（红外发光二极管）、接收器（光敏三极管或光敏二极管）和检测电路三部分组成，它利用被检测物体对红外光束的吸收或反射来检出物体的有或无，而且检测距离（感应距离）是可调的。当被检测物体是白色时，由于白色将光线反射回来，接收管导通，输出低电平。当被检测物体是黑色时，由于黑色会吸收大量光线，那么反射回来的光线就少，接收管不导通，输出高电平。红外对管与单片机的连接：棕色接电源正，兰色为电源负，黑色为输出，接单片机的端口。

3.4 追光模块

本设计运用三个光敏二极管、电阻和LM393组成追光电路。其基本工作原理是：当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大。追光电路如图2所示。

3.5 金属探测模块

本设计采用电感式接近开关实现小车对金属的探测功能。电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。调节传感器至一个与检测地面合适的距离，使其既不影响小车的正常行驶，又能灵敏地检测到金属对象的存在。当小车检测到金属物，由程序控制小车停留五秒，蜂鸣器鸣响并在数码管上显示累计检测到的金属物数量。传感器与单片机的连接方法：棕色接电源正，兰色为电源负，黑色为输出，接单片机端口。

4 结束语

通过测试證明，这种以AT89S52为核心，结合漫反射式光电传感器、电感式接近开关、光敏二极管和LM393的简易智能小车运行灵活、稳定、可靠。值得注意的是，红外对管须与检测地面保持合适的距离，这是使得小车正常循迹的重要条件，高度太高小车检测不到信号，太低可能会使小车头与地面产生摩擦，影响正常行驶，也可能与待检测的金属物产生碰撞，而无法实现金属探测功能。