基于单片机的智能小车装置的设计

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720010

摘要：随着社会的发展进步，汽车开始普及，走进千家万户，全民汽车时代即将到来，自动化的智能小车的研究越来越受欢迎，自动循迹避障小车的研制越来越完善，意在能够更加稳定循迹，精准避障。本设计就是根据AT89S51单片机设计，实现其自动循迹避障功能，AT89S51单片机作为一个功耗既低、性能又高的CMOS8位单片机为设计电路的主控制核心，外接稳压电源模块、红外传感器检测模块、电机和驱动模块等部分协同配合，红外传感检测模块控制小车稳定循迹功能，再由两个直流减速电机差动调节，以及调节AT89S51单片机发出的PWM的方波占空比，使小车能够在预设的范围之内达成任何方向黑线以及随意角度转移完成智能小车精确避障功能。

关键词：智能小车；51单片机；红外传感器

当下社会科技发展日新月异，智能小车的发展速度飞快，它可以称作是智能机器人设备的典型体现，在生产工作和社会生活中充当着不可替代的角色，该智能自动循迹避障小车整体是由三个大的模块构成，分别为：以51单片机为核心的CPU模块，传感器监测模块，驱动电机执行模块，它可以实现自动稳定循迹功能，也能够增加精准避障等功能，感应出循迹线和障碍物，能够实行智能小车非手动避障，自动循迹等功能，从而准确的避开障碍物，自动判断出正确的行走路线，它可以方便人们的生活，提高工作效率，将智能小车作为模型，运用到汽车行业之中，交通事故大多来源于疲劳驾驶，酒后醉驾，视野不清等人为因素，智能汽车能够有效的避免这些因素，它可以由控制核心精确控制，将大幅度的减轻交通安全事故

1 系统的设计

按照设计题目的总体需求，确定以下设计方案：如下图所示，最先要设计出智能小车的基础模型，以及智能小车的动力方案，同时在小车的PCB（印刷线路板）上安装其他模块元件，达成对智能小车的循迹、避障、速度等运作状态的實时监测，并通过红外探测模块将收集到的数据传输到AT89S51单片机中进行处置，然后再由AT89S51单片机依据所监测到的各个数据进行对智能小车的控制。本方案采用AT89S51单片机作为小车整体的控制单元核心，能够实现对智能小车的运行情况实行实时控制，运行灵敏、稳定，误差小，能够满足工作的各种需求。

智能小车的整体设计图

按照设计需求，设计的智能小车关键有以下六个板块构成，分别是：小车整体框架、稳压板块、电源板块、核心控制板块、驱动电机板块和监测板块。各个功能模块通过单片机的调控相互协同配合。

2 电源部分

方法一：安装蓄电池进行供电。此方法的优点是蓄电池成本较低，且容易获得，也可以提供较稳定的电压和电流驱动，可利用相应稳压芯片稳压后给智能小车电机供电，再利用相应降压芯片降压后给控制中心的单片机和其他模块供电。但缺点是蓄电池的重量很大，这样就额外的增加了小车的整体重量，使负载变大，使小车无法灵敏转弯，所占智能小车空间也很大，致使其他模块的安装很拥挤。

方法二：安装可充电电池供电。安装两节可充电电池给作为驱动电机的电源，同时给51单片机和智能小车各个功能模块供电。可充电电池能够给小车提供稳定的电压，所占体积很小，可反复充电利用，市场上也容易获取。所以综上论述，电源部分采取方法二作为智能小车的供电。

3 电机及驱动模块

3.1电机模块

一个智能小车想要稳定运行，不仅要有良好的控制核心，还决定于它的电机和驱动，此智能循迹避障小车的两个电机选取直流减速电机，它具有重量轻、体积小、转矩大、安装简便、使用便捷等优点。它的主要功能是能够控制小车的运行前进以及避障时的转弯，这里可以采用减速比是1：75的直流减速电机，减速之后小车电机的转速变为100转每秒。如果小车车轮的半径为2.5厘米，就可以通过式子计算出智能小车的最高速度：

V=2Rπ*V=2*0.025*3.14*110/50=0.345m/s

因此可以很好的实现整体条件。

3.2 驱动模块

智能小车的驱动模块是小车整体的关键部分，采用L293D为智能小车电机的驱动芯片，它具有电流大、电压高的特点，并且可以同时控制左右两个电机，这里采用AT89S51单片机作为控制核心，同时采取PWM调速法来控制小车两个电机的转速，单片机XTAL1和XTAL2输出固定频率的方波，放大功率后驱动电机，改变占空比，从而改变电机转速，来控制智能小车的向前、向后、转弯及停止，并通过两个电机来实现上述要求，当小车左右电机转速相同时，小车直行，当小车左边的电机转速高于右边电机转速时，小车向右转弯，相反则小车向左转弯。

4 红外检测模块

前面提到此智能小车的避障和循迹都是利用红外检测原理实现的，循迹是指智能小车能够在地面上沿着黑色循迹线动作，红外检测模块接收不到反射回来的红外光，然后通过单片机的一系列指令，完成小车的相应动作，调整小车的运动方向，从而确保小车可以沿着黑色循迹线行走。

此智能小车的红外检测模块采用红外反射式传感器ST188。小车位于红外传感器上方时，红外光就会被反射回来，接收端接收到反射回来的信号，从而做出相应的动作，相反，则做出另外一种动作。

5 结语

本次设计的智能小车具有循迹与避障等多种功能，以51单片机作为控制器，降低造价，性能稳定，传动部分采用简单易于控制的直流减速电机，电机驱动采用了L293D芯片，传感器选用了红外反射式传感器ST188，主要是考虑到躲避障碍功能的实现。总的来讲本设计具有实用性强、成本较低、易于控制等优点。

参考文献：

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版，2010.

[2]杨渝钦.控制电机[M].2版.北京：机械工业出版社，2005.

作者简介：张弘扬，吉林工业职业技术学院教师，研究方向：电气工程及其自动化。