基于单片机的智能小车自适应跟踪系统

(黑龙江科技大学电气与控制工程学院 黑龙江 哈尔滨 150022)

先进的辅助驾驶系统目前是国内外研究的主流，汽车定速巡航系统已经在很多汽车上得到成熟的应用，在一定程度上可以减少驾驶员驾驶强度，并且后车与前车之间会保证一定的行驶距离，既缓解了驾驶者的驾驶疲劳又提高了汽车的主动安全性[1]。本次设计是用STC89C52作为控制器的智能小车代替现实中汽车进行研究。在智能小车上安装有避障传感器可以实现小车的避障功能和安装相应的数据处理模块进行处理,当避障模块检测到前方事物时可以通过程序改变小车的行进方向和行驶速度,以保证不会发生碰撞，此次研究具有一定的实用价值[2]。

一、控制系统的硬件设计

(一)控制芯片。本次设计使用的控制芯片是STC89C52它是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。而且还拥有灵巧的8 位CPU 和系统可编程Flash。使得STC89C52为众多嵌入式控制系统提供灵活、有效的解决方案。

(二)电机的选择。直流电动机是一种将进行机电能量转换的电气装置，将电能转化成机械能。本次设计采用的是直流减速电机，它的工作电压范围为3～7.2V，该电机具有启动性能好、调速范围大和过载能力强等特点，本次设计电机采用PWM调速方式[3]。

PWM信号对电机调速的原理：使用PWM信号时，靠改变脉冲宽度来控制输出电压，电压减小电机的转速就会下降。再通过改变周期来控制输出频率，脉冲频率越高，连续性就越好。

(三)红外避障模块。红外避障的原理：通过红外接收管接收红外光强度，判断前方是否有障碍物；逆时针调节避障电位器，缩短障碍物检测距离，顺时针调节避障电位器，增大检测距离；当红外避障对管检测到障碍物时，避障指示灯亮起，反之熄灭[4]。

红外避障模块由左右2组红外对管(LEAS1、RC1、LEAS2、RC2)、电压比较芯片(U5)、电位器(RW1、RW2)、状态指示LED灯(LED4、LED5)组成。红外寻迹模块由智能小车底板上2组红外对管(U1、U2)、电压比较芯(U5)、电位器(RW3、RW4)、状态指示LED灯(LED2、LED3)组成。

(四)超声波测距模块。超声波模块原理图如图1.1所示，超声波模块的工作过程如下所示。首先给触发控制信号输入端口不少于10μs的高电平触发信号，其次通过超声波模块内部芯片分析计算后，这时超声波发射器会发送8个40KHz的方波，然后超声波接收器会检测是否超声波返回信号，最后检测是否有超声波返回信号，若检测到说明超声波被反射回来，这时回响信号端口会输出一个高电平，超声波从发射到超声波返回的时间就是高电平持续的时间长短。但是超声波测试的范围在400cmm之内，若超出此范围超声波接收器接收不到返回信号，超声波模块的时序图如图1.2所示，高电平持续的时间长短与所测的距离成正比。

图1.1 超声波模块原理图

图1.2 超声波模块的时序图

二、项目研究的具体内容以及软件设计

1、对前车进行编程设计，使得前车具有启动，调速，避障的功能。通过PWM信号对电机进行调速，当对小车避障的功能进行检测时，如果小车的左右传感器探测到前方有障碍物时，则控制小车的左右电机向后转使得小车向后退，再控制小车向左转1s，再直行；如果小车的右侧传感器感测到障碍物则小车左电机向后转，右电机向前转，实现左转弯；如果小车的左侧传感器感测到障碍物时，则小车左电机向前转，右电机向后转，实现右转弯；从而实现小车的避障目的。

2、加入后车(B车)，给后车装上超声波测距模快，并且给电机定一个固定的速度，当后车与前车(A车)之间的距离d超过安全距离时则后车停止前进，否则后车将保持固定的速度跟随前车[5]前行。

三、总结

本次智能小车的设计主要分为硬件设计和软件设计，该设计主要有这几个步骤，即首先是确定智能小车需实现的功能，其次根据实现的功能选择所需的关键硬件，最后设计硬件电路；在硬件设计完成之后，根据小车所需实现的功能编写软件程序。智能小车的制作主要是两部分，即小车底板制作和小车底板与开发板的衔接。实现了前车的启动、调速以及避障的功能，后车则实现自适应跟随的功能。

在论文的撰写过程中，查阅并阅读了大量的文献，对小车的每一个模块进行了学习并完成了小车需要的功能，最后不断地对程序进行调试，使小车实现的功能更加完善。