基于单片机的智能小车研究

苏安民 高加江 王维彤 姜瑞

摘 要：单片机自身的优势较多，已经被广泛应用在多个领域中，基于单片机的智能小车具有灵活、环保的特征。对此，笔者将结合自身的工作经验，以AT89S51单片机为智能小车设计的核心，探究基于单片机的智能小车设计与实现的式，以期为相关人员提供参考，发挥单片机的作用并优化智能小车的性能。

关键词：单片机；智能小车；电机驱动；避让功能；循迹模块

前言：智能小车中运用ATMEL公司的AT89S51单片机，作为整个系统的主控部件，以此来实现控制小车的目的。智能小车的电机驱动中，主要使用L293D芯片，并将特定电平应用在芯片上，实现停止、正转与反转的目的，其为智能小车转向、前进与后退的基础。在本文所设计的智能小车中，安装了红外发射接收管，可以实现对障碍物的探测，避免在运行中发生碰撞问题，提高智能小车运行的稳定性与安全性。

1.智能小车电机驱动以及方向控制

智能小车中的电机控制系统主要使用L293D芯片，其中设置了钳位二极管，具备四通道、大电流、高电压的驱动功能。其中，每通道的实际输出电流等于600mA，最大情况下能够达到1.2A。在该模块与其他电路的接口中，包含四个端口，即MG1的启动与方向控制、MG2的启动与方向控制，可以将前期与单片机的I/O口分别连接。在三极管作用的影响下，智能小车中IN1与IN2的逻辑电平，始终处于相反的状态中。具体而言，如果MG1的方向控制等于1，此时IN1等于0，而IN2等于1，智能小车的电机会发生反转。相反，如果MG1的方向控制等于0，此时的IN1等于1，而IN2则等于0，智能小车的电机则为正转。在MG1启动信号的控制之下，MG1会呈现出不同的运行状态，即启动信号为1时MG1转动，反之则为静止的状态。相比之下，智能小车中电机MG2的运行等同于MG1[1]。

2.智能小车避障功能的设计与实现

在设计智能小车的过程中，为了能够保证其运行的安全性、稳定性，应该保证智能小车具备避障功能。要想实现这一目标，可以将红外发射接收二极管应用在其中，减少周围环境对于智能小车运行的影响。红外发射接收二极管能够在运行的过程中，分为反射模式、对发模式，本文所设计的智能小车选择反射模式实现小车避让的目的，即二极管根据自身是否能够接收到红外观为依据，对前方是否存在障碍进行判断。具体而言，智能小车中避障系统中红外发射接收二极管为50Hz，所以在设计的过程中应该以定时器TO为基础，在PO.7口位置处产生方波信号，同时将三极管、一限流电阻相连，提高红外发射接收二极管的发射功率，并运用电位器R5实现避障距离的调节。

智能小车避障系统中，R7作为调节电位器可以对放大器的倍数进行调节，最大程度提高智能小车避障功能的灵敏性，保证智能小车能够稳定运行。在智能小车运行期间如果前方不存在障碍物，则红外发射接收二极管无法接收到红外光，其中放大器同相输入端基本等于0。在后续比较器的作用下，使得该模块运行时的输出逻辑为0，二极管的指示灯为熄灭状态。如果智能小车运行时前方存在障碍物，障碍物就会向红外发射接收二极管反馈红外光，而放大器同相输入端存在正压信号，所以此时使得该模块运行时的输出逻辑为1，二极管的指示灯为亮起状态。以反向器为基础将模块输出并与单片机P3.2相连，其为中段外部的输入，此时单片机就会对相应的单口状态进行查询，以此来控制小车的走向，实现智能小车避障的目的。

3.智能小车循迹模块的设计与实现

在设计智能小车的过程中，为了优化循迹模块的性能，笔者采用光敏电阻的方式进行设计与实现。具体而言，智能小车的循迹模块的设计运用光敏电阻，如果光照较强时，光敏电阻的电阻值较小；反之，如果光照较弱时，光敏电阻的电阻值较大。基于光敏电阻的这一功能与特点，能够保证智能小车在白色场景中，实现对黑色轨道的准确循迹，或者智能小车在黑色场景中，实现对白色轨道的准确循迹。本文所设计的智能小车中，采用第一种方案进行设计，即在白色场景中，智能小车可以实现对黑色轨道的准确循迹。

4.智能小车无线收发模块的设计

无线接收模块是智能小车中重要功能之一，在本文的设计中，无线接收模块的频率等于315MHz，可承受的电压范围在3V至12V之间，如果工作电压等于5V，无线接收模块的发射距离能够达到100米至200米。如果电压出现变化，无线接收模块的发射频率基本不会发生变化，所以通过配套的收发模块就能够实现数据收发的目的。同时，发射模块主要运用ASK的方式进行调节，以此来降低智能小车运行的能耗。在无线接收模块中，存在4个管脚，即数据（DATA）、天线（ANT）、地（GND）、电源（VCC）[2]。

将其作为基础，无线接收模块的数据端等于1时，模块就会发出一个高频载波信号；无线接收模块的数据端等于0时，模块则不会发出高频载波信号。当接收端进行解调时，会对接收到的载波信号、未接收到的载波信号进行相应的处理，以此来实现解调的目的。为了可以降低无线传输中出现的误码率，可以使用PT2262编码芯片、PT2272解码芯片，提高智能小车系统的简单性，并将PT2272数据与单片机相互连接，实现无线数据传输的目的。

结语：综上所述，将单片机应用在智能小车的设计中，需要设计人员做好各方面的设计工作，包括电机驱动以及方向控制、避障功能、循迹模块、无线收发模块等。在这一基础上，能够充分发挥单片机的作用，實现智能小车稳定运行的目的。

参考文献：

[1]王君颜，许坤.基于STC89C51单片机的多功能智能小车设计策略研究[J].南方农机，2019，50（04）：106.

[2]申扣明，杨国平.基于单片机技术的自动循迹避障寻光智能小车系统设计[J].自动化应用，2018（09）：75-76+82.