基于單片機(jī)的智能小車研究

蘇安民 高加江 王維彤 姜瑞

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)自身的優(yōu)勢(shì)較多，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域中，基于單片機(jī)的智能小車具有靈活、環(huán)保的特征。對(duì)此，筆者將結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，以AT89S51單片機(jī)為智能小車設(shè)計(jì)的核心，探究基于單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的式，以期為相關(guān)人員提供參考，發(fā)揮單片機(jī)的作用并優(yōu)化智能小車的性能。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能小車；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；避讓功能；循跡模塊

前言：智能小車中運(yùn)用ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)，作為整個(gè)系統(tǒng)的主控部件，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)控制小車的目的。智能小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，主要使用L293D芯片，并將特定電平應(yīng)用在芯片上，實(shí)現(xiàn)停止、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的目的，其為智能小車轉(zhuǎn)向、前進(jìn)與后退的基礎(chǔ)。在本文所設(shè)計(jì)的智能小車中，安裝了紅外發(fā)射接收管，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的探測(cè)，避免在運(yùn)行中發(fā)生碰撞問題，提高智能小車運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

1.智能小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及方向控制

智能小車中的電機(jī)控制系統(tǒng)主要使用L293D芯片，其中設(shè)置了鉗位二極管，具備四通道、大電流、高電壓的驅(qū)動(dòng)功能。其中，每通道的實(shí)際輸出電流等于600mA，最大情況下能夠達(dá)到1.2A。在該模塊與其他電路的接口中，包含四個(gè)端口，即MG1的啟動(dòng)與方向控制、MG2的啟動(dòng)與方向控制，可以將前期與單片機(jī)的I/O口分別連接。在三極管作用的影響下，智能小車中IN1與IN2的邏輯電平，始終處于相反的狀態(tài)中。具體而言，如果MG1的方向控制等于1，此時(shí)IN1等于0，而IN2等于1，智能小車的電機(jī)會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。相反，如果MG1的方向控制等于0，此時(shí)的IN1等于1，而IN2則等于0，智能小車的電機(jī)則為正轉(zhuǎn)。在MG1啟動(dòng)信號(hào)的控制之下，MG1會(huì)呈現(xiàn)出不同的運(yùn)行狀態(tài)，即啟動(dòng)信號(hào)為1時(shí)MG1轉(zhuǎn)動(dòng)，反之則為靜止的狀態(tài)。相比之下，智能小車中電機(jī)MG2的運(yùn)行等同于MG1[1]。

2.智能小車避障功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在設(shè)計(jì)智能小車的過(guò)程中，為了能夠保證其運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，應(yīng)該保證智能小車具備避障功能。要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以將紅外發(fā)射接收二極管應(yīng)用在其中，減少周圍環(huán)境對(duì)于智能小車運(yùn)行的影響。紅外發(fā)射接收二極管能夠在運(yùn)行的過(guò)程中，分為反射模式、對(duì)發(fā)模式，本文所設(shè)計(jì)的智能小車選擇反射模式實(shí)現(xiàn)小車避讓的目的，即二極管根據(jù)自身是否能夠接收到紅外觀為依據(jù)，對(duì)前方是否存在障礙進(jìn)行判斷。具體而言，智能小車中避障系統(tǒng)中紅外發(fā)射接收二極管為50Hz，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該以定時(shí)器TO為基礎(chǔ)，在PO.7口位置處產(chǎn)生方波信號(hào)，同時(shí)將三極管、一限流電阻相連，提高紅外發(fā)射接收二極管的發(fā)射功率，并運(yùn)用電位器R5實(shí)現(xiàn)避障距離的調(diào)節(jié)。

智能小車避障系統(tǒng)中，R7作為調(diào)節(jié)電位器可以對(duì)放大器的倍數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大程度提高智能小車避障功能的靈敏性，保證智能小車能夠穩(wěn)定運(yùn)行。在智能小車運(yùn)行期間如果前方不存在障礙物，則紅外發(fā)射接收二極管無(wú)法接收到紅外光，其中放大器同相輸入端基本等于0。在后續(xù)比較器的作用下，使得該模塊運(yùn)行時(shí)的輸出邏輯為0，二極管的指示燈為熄滅狀態(tài)。如果智能小車運(yùn)行時(shí)前方存在障礙物，障礙物就會(huì)向紅外發(fā)射接收二極管反饋紅外光，而放大器同相輸入端存在正壓信號(hào)，所以此時(shí)使得該模塊運(yùn)行時(shí)的輸出邏輯為1，二極管的指示燈為亮起狀態(tài)。以反向器為基礎(chǔ)將模塊輸出并與單片機(jī)P3.2相連，其為中段外部的輸入，此時(shí)單片機(jī)就會(huì)對(duì)相應(yīng)的單口狀態(tài)進(jìn)行查詢，以此來(lái)控制小車的走向，實(shí)現(xiàn)智能小車避障的目的。

3.智能小車循跡模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在設(shè)計(jì)智能小車的過(guò)程中，為了優(yōu)化循跡模塊的性能，筆者采用光敏電阻的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。具體而言，智能小車的循跡模塊的設(shè)計(jì)運(yùn)用光敏電阻，如果光照較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的電阻值較?。环粗绻庹蛰^弱時(shí)，光敏電阻的電阻值較大?；诠饷綦娮璧倪@一功能與特點(diǎn)，能夠保證智能小車在白色場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)黑色軌道的準(zhǔn)確循跡，或者智能小車在黑色場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)白色軌道的準(zhǔn)確循跡。本文所設(shè)計(jì)的智能小車中，采用第一種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，即在白色場(chǎng)景中，智能小車可以實(shí)現(xiàn)對(duì)黑色軌道的準(zhǔn)確循跡。

4.智能小車無(wú)線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)

無(wú)線接收模塊是智能小車中重要功能之一，在本文的設(shè)計(jì)中，無(wú)線接收模塊的頻率等于315MHz，可承受的電壓范圍在3V至12V之間，如果工作電壓等于5V，無(wú)線接收模塊的發(fā)射距離能夠達(dá)到100米至200米。如果電壓出現(xiàn)變化，無(wú)線接收模塊的發(fā)射頻率基本不會(huì)發(fā)生變化，所以通過(guò)配套的收發(fā)模塊就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的目的。同時(shí)，發(fā)射模塊主要運(yùn)用ASK的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來(lái)降低智能小車運(yùn)行的能耗。在無(wú)線接收模塊中，存在4個(gè)管腳，即數(shù)據(jù)（DATA）、天線（ANT）、地（GND）、電源（VCC）[2]。

將其作為基礎(chǔ)，無(wú)線接收模塊的數(shù)據(jù)端等于1時(shí)，模塊就會(huì)發(fā)出一個(gè)高頻載波信號(hào)；無(wú)線接收模塊的數(shù)據(jù)端等于0時(shí)，模塊則不會(huì)發(fā)出高頻載波信號(hào)。當(dāng)接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)，會(huì)對(duì)接收到的載波信號(hào)、未接收到的載波信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)解調(diào)的目的。為了可以降低無(wú)線傳輸中出現(xiàn)的誤碼率，可以使用PT2262編碼芯片、PT2272解碼芯片，提高智能小車系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性，并將PT2272數(shù)據(jù)與單片機(jī)相互連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，將單片機(jī)應(yīng)用在智能小車的設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)人員做好各方面的設(shè)計(jì)工作，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及方向控制、避障功能、循跡模塊、無(wú)線收發(fā)模塊等。在這一基礎(chǔ)上，能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的作用，實(shí)現(xiàn)智能小車穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王君顏，許坤.基于STC89C51單片機(jī)的多功能智能小車設(shè)計(jì)策略研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（04）：106.

[2]申扣明，楊國(guó)平.基于單片機(jī)技術(shù)的自動(dòng)循跡避障尋光智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2018（09）：75-76+82.