電動智能小車的設(shè)計與應(yīng)用

郗雪蕾

摘 要：51系列單片機(jī)中的80C51是一款常見的八位單芯片控制器，以單片機(jī)為控制核心，通過輸入輸出接口來接收超聲波傳感器傳遞過來的探測信號，從而達(dá)到避開電動小車在前方道路上遇到的障礙物，同時調(diào)整行駛速度。還可以通過光照傳感器來控制行駛軌跡，具備循跡功能。使用數(shù)碼顯示來顯示行駛的速度，行駛時間以及行駛的里程數(shù)。

關(guān)鍵詞：80C51單片機(jī);自動避障;自動控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.035

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和汽車工業(yè)的發(fā)展，電子計算機(jī)等新科技成果與現(xiàn)代汽車技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了智能車。實現(xiàn)汽車的智能離不開新型的外部傳感器件，只有通過外部傳感器件才能感知外部世界，同時也離不開高效的處理核心，只有對外部感知信息做出正確的判斷和處理才能指揮汽車做出正確的行動。目前我們對汽車的研究越來越深入也越來越精細(xì)，從而推動社會的進(jìn)步和人民生活水平的提高。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)采用了80C51為系統(tǒng)的控制核心[1]，80C51是一款八位處理器單芯片控制器，它的系統(tǒng)完整性能夠滿足數(shù)據(jù)采集需要，并且也能滿足對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時間精度的要求。使用超聲波傳感器來傳遞小車附近的障礙信息，超聲波傳感器將超聲波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號通過接口傳遞給控制核心，控制核心再根據(jù)收到的數(shù)字信號來控制小車的行駛。同樣使用光電傳感器來尋找小車行駛的軌跡，我們一般給小車布置黑色的行駛軌道。我們采用共陰極的數(shù)碼管來實現(xiàn)行駛時間、速度和里程的顯示。

3 硬件設(shè)計

3.1 51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

80C51是一個八位的單芯片微處理器，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和程序存儲，具有片內(nèi)存儲和片外存儲這兩種存儲結(jié)構(gòu)，其中片內(nèi)存儲容量較小，片外可擴(kuò)展至64K字節(jié)。它具有4個8位輸入輸出口，也就是32個位可控制口，同時都是雙向口。具有2個外部中斷、2個定時器和1個串行口，總共這5個中斷源，這5個中斷源在控制中經(jīng)常用到。它有片內(nèi)振蕩電路和時鐘產(chǎn)生電路，只要外接晶體和電容就可以產(chǎn)生振蕩頻率。

3.2 最小系統(tǒng)的設(shè)計

最小系統(tǒng)以80C51單片機(jī)為核心，并且接上時鐘電路片外所需的晶體電容以及復(fù)位電路即可。80C51的時鐘方式采用的是內(nèi)部時鐘方式，內(nèi)部時鐘方式延時小、能耗少、精度高。振蕩電路的產(chǎn)生是通過在XTAL1、XTAL2引腳上外接一個定時單元，從而產(chǎn)生自激式振蕩。復(fù)位電路是一種用來使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備，有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式，本系統(tǒng)采用的是上電自動復(fù)位的方式。這樣整個單片機(jī)系統(tǒng)就可以正常工作了，我們對電動小車的設(shè)計也就邁出了很重要的一步。

3.3 前向通道設(shè)計

前向通道包括超聲波傳感器模塊[2]和紅外光電傳感器模塊這兩部分。超聲波傳感器通過超聲波信號來探測前方障礙物的信息，一旦探測值達(dá)到規(guī)定范圍，則轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給控制核心。紅外光電傳感器模塊可作為小車的循跡傳感模塊，通過遮光處理來規(guī)定小車的行駛軌跡。

3.4 后向通道設(shè)計

在單片機(jī)控制核心收到前方傳感器發(fā)送給的數(shù)據(jù)信息后，單片機(jī)要根據(jù)收到的數(shù)據(jù)做出正確的判斷，并且啟動相應(yīng)的接口程序，控制小車進(jìn)行相應(yīng)的動作。

3.5 顯示電路設(shè)計

顯示小車行駛的時間、速度和里程使用的是8位八段數(shù)碼顯示來實現(xiàn)的，其中4位顯示時間時和分，另外4位顯示速度和行駛的里程。

4 軟件設(shè)計

在完成了整個硬件系統(tǒng)的設(shè)計之后，我們最大的工作和最多的難題就是來對每個應(yīng)用來編寫相應(yīng)的程序。整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計也是有著舉足輕重的地位。只要編寫了正確的軟件程序，才可以讓我們面前的這一堆物件動起來。

以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，主要包括對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行過程控制。數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的判斷等。過程控制包括對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，控制外部設(shè)備的動作。

在整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，我們采用模塊化的設(shè)計方法，先對前向通道中的模塊進(jìn)行軟件設(shè)計，包括超聲波傳感器模塊和紅外光電傳感器模塊。再對后向通道進(jìn)行軟件設(shè)計，后向通道的軟件設(shè)計是本系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容，不僅包括對超聲波傳感器模塊傳遞過來的信息的判斷處理和紅外光電傳感器模塊傳遞過來的信息的判斷和處理，還包括實時時間的顯示，速度的顯示和行駛的里程數(shù)的顯示。

5 總結(jié)

以80C51這個8位單芯片微處理器為控制核心，以超聲波傳感器和紅外光電傳感器為外接模塊，依據(jù)現(xiàn)有的電動小車，在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，通過外部傳感器模塊傳遞外部信息傳遞給單片機(jī)控制核心進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)了智能電動小車的設(shè)計和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李群芳.單片微信計算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社，2015：16-26.

[2]趙勇.傳感器敏感材料及器件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：93-98.