齊 悅

(太原廣播電視大學 信息技術(shù)設(shè)備中心，山西 太原 030024)

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基于STC90C52智能循跡小車的設(shè)計

齊 悅

(太原廣播電視大學 信息技術(shù)設(shè)備中心，山西 太原 030024)

智能循跡小車以STC90C52單片機為控制核心，搭配電機驅(qū)動模塊、電源模塊、LED模塊、紅外傳感器模塊等組成.通過紅外反射式傳感器檢測路面信息，單片機內(nèi)部程序判斷后輸出PWM信號來控制小車左右輪電機的轉(zhuǎn)動運行，實現(xiàn)小車自動循跡的目的.實驗證明，小車運行穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，能沿著引導軌跡自動行駛，具有實際應(yīng)用價值.

智能小車；循跡；STC90C52；紅外

0 引言

隨著大規(guī)模集成電路、電子技術(shù)、傳感和信息處理等技術(shù)的飛速發(fā)展，人類的生活發(fā)生了巨大的變革.利用強大的微機控制功能，國內(nèi)外學者研究出了許多智能設(shè)備，智能車輛就是其中之一.雖然我國對智能車輛的研究起步較晚，且技術(shù)上也與發(fā)達國家存在差距，但近幾年由清華大學、浙江大學、南京理工大學等聯(lián)合研發(fā)的軍用戶外車7B.8[1]、中國一汽研發(fā)的無人轎車等產(chǎn)品的面世，表明智能車輛技術(shù)越來越受到關(guān)注.

自動循跡小車系統(tǒng)綜合運用了嵌入式芯片技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理和傳感等技術(shù)，是一種新的技術(shù)綜合體，并在很多場合獲得了應(yīng)用.由于其成本低廉、性價比高，能在一些特殊環(huán)境中工作，具有廣泛的應(yīng)用前景.本文提出的智能循跡小車以單片機STC90C52為控制核心，利用紅外傳感器獲取路面信息，接收控制中心的PWM信號并通過雙直流電機改變小車輪胎方向，達到小車具有自動循跡功能的目的.

1 智能循跡小車系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

圖1 智能小車框架圖

設(shè)計的智能循跡小車整體結(jié)構(gòu)主要由單片機STC90C52控制模塊、輪胎的電機驅(qū)動模塊、路面信息采集的紅外感應(yīng)模塊、燈光指示的LED和按鍵端口、電源模塊等如圖1所示.其中電源模塊負責給小車中的各模塊持續(xù)供電；紅外線傳感模塊共設(shè)計了5路，負責把采集到的路面信息傳送給單片機控制模塊；單片機STC90C52控制模塊對數(shù)據(jù)處理后傳給電機驅(qū)動模塊；電機驅(qū)動模塊負責控制輪胎的轉(zhuǎn)速，使小車完成直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的功能；LED和按鍵端口負責實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向時燈光的閃爍、各種初始化操作等.

循跡小車的工作原理是：當智能循跡小車在行駛時，位于車下的紅外傳感模塊不斷地發(fā)射紅外光，若地面為白色時產(chǎn)生紅外線漫反射，此時紅外管能接收到反射回的紅外線；反之若地面為黑色時，由于紅外線被吸收，故紅外管接收不到反射回的紅外線.接著紅外模塊的傳感器把接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給控制中心STC90C52單片機，單片機將信息處理后傳送到電機模塊對輪胎進行控制，從而實現(xiàn)小車的智能循跡功能.

2 硬件設(shè)計

2.1 電機驅(qū)動模塊

本次設(shè)計的小車采用的是SGS公司的L298N[2]雙直流電機，該電機采用PWM信號，內(nèi)部有2個H橋，可接收TTL電平信號.電機驅(qū)動電路主要由門電路和兩個高速芯片構(gòu)成，可驅(qū)動2 A、46 V以下的電機，該電路的驅(qū)動能力強、穩(wěn)定性高、操作簡單，最大程度上滿足了智能循跡小車的循跡功能.電機驅(qū)動模塊的電路如圖2所示[3].

圖2 電機驅(qū)動模塊

設(shè)計智能循跡小車時采用前輪驅(qū)動，而后輪為萬向輪，僅起支撐作用.為每個前輪配置一個電機，接受單片機輸出的PWM信號控制輪胎的轉(zhuǎn)速，以達到轉(zhuǎn)向的目的.實驗時設(shè)計小車尋找的軌跡為一條寬2 cm左右的黑色封閉曲線.

2.2 單片機模塊

系統(tǒng)中單片機采用了目前較流行的宏晶科技公司提供的STC90C52單片機[4]，它是一款具有強抗干擾能力、低功耗、速度快的單片機，能與傳統(tǒng)8051相兼容，工作電壓在3.4 V～6 V，它的最小系統(tǒng)由中央處理器、各串口、存儲器、時鐘、復(fù)位電路、電源電路等構(gòu)成,如圖3所示.

圖3 STC90C52單片機系統(tǒng)

圖3中P0.0-P3.7表示單片機的輸入/輸出引腳，PSEN表示外部程序存儲器選通信號，ALE/PROG表示地址鎖存允許/編程信號，EA/VPP表示外部程序存儲器地址允許/固化編程電壓輸入端，VPD表示備用電源輸入端，VCC表示電源端，使用引腳40，電壓為5 V.

電源模塊采用兩個選擇門電路，該方式可以輸入5 V或6 V的電壓.6 V的電壓可以由4節(jié)干電池提供，5 V電壓可以由5 V電源通過數(shù)據(jù)線傳入小車，這樣可以提高小車在電壓需求方面的靈活性，使循跡小車可以運用到更加廣泛的領(lǐng)域.

2.3 紅外傳感模塊

紅外傳感模塊由一個高靈敏度紅外接收管和一個高發(fā)射功率的紅外發(fā)光二極管組成，其工作原理為：發(fā)射管發(fā)出的紅外光被反射后，當接收管接收紅外信號后，其電阻值會發(fā)生變化并以電壓的方式在電路板上體現(xiàn)出來；若接收到的紅外信號較強，則電壓值較大，反之電壓值較小.接收到的紅外信號強弱會受到反射面與接收管的距離、反射面顏色等因素的影響.

本文中當智能小車在黑色地面上行駛時，位于車下的紅外傳感模塊不斷地發(fā)射紅外光，由于紅外線被吸收，故紅外管接收不到反射回的紅外線，輸出高電平；當小車行駛到白線時產(chǎn)生紅外線漫反射，此時紅外管能接收到反射回的紅外線，將輸出低電平，從而實現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能.隨后單片機的輸入/輸出端口接收到檢測信號后進行判斷，當I/O口為高電平時，表明小車處在黑色的引線上；反之當I/O口檢測到的信號為低電平時，說明小車處在白色的地面上.

設(shè)計循跡模塊中采用5路采樣，中間3個控制軌跡，兩側(cè)的用于檢測道路的分支、彎道、交叉口等.

圖4 系統(tǒng)的流程圖

3 軟件實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)流程設(shè)計

智能循跡小車的軟件部分主要采用C語言編寫，設(shè)計的智能小車循跡工作流程如圖4所示.首先主程序?qū)r間計時器進行初始化；其次開始進入智能小車的循跡運行模式，單片機會不斷地檢測自己的I/O接口，當有信號時會接收收到的信號并進行判斷，發(fā)送PWM信號給輪胎上的電機模塊來對小車的行進路線進行糾正，從而達到小車能夠自動循跡的功能.

3.2 軟件環(huán)境配置

使用C語言編寫好小車的初始化、直行、轉(zhuǎn)彎等程序后，在打開的commagic.exe燒錄軟件進行程序的燒錄，具體的操作步驟為：

Step1：安裝USB驅(qū)動程序；

Step2：驅(qū)動安裝完后，檢查USB的COM端口號，當前端口為COM1；

Step3：程序燒錄時，設(shè)置端口號為COM1，波特率為9600，數(shù)據(jù)位8位，停止位1，自動復(fù)位680 m，選擇好文件后進行燒錄；

Step4：當看到“上載數(shù)據(jù)成功！”的提示后，表明燒錄過程結(jié)束.

4 功能測試

當燒錄到小車芯片中的程序完成后，給小車通電，驗證小車能否按照預(yù)先設(shè)計的軌跡進行尋跡并且自動行駛.在白紙上設(shè)置條寬2 cm左右的一條黑色封閉曲如圖5所示，小車在行駛過程中，當中間的探頭檢測到黑色而兩端的探頭檢測到白色時，小車直行；當靠左邊的第二個探頭檢測到白色時，小車會右拐同時小車上的液晶顯示屏開始計時，當小車在右轉(zhuǎn)時，小車右側(cè)的指示燈會閃爍；反之小車會左拐，證明了小車能根據(jù)軌跡智能運行.

圖5 小車運行圖

5 結(jié)束語

本文設(shè)計的智能循跡小車由單片機STC90C52的控制模塊、5路紅外傳感器組成的循跡模塊、電機驅(qū)動模塊、電源模塊等組成，小車系統(tǒng)簡潔、運行穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，外觀漂亮.經(jīng)實驗測試，小車能夠完成預(yù)期的智能循跡目的.為了使小車更加智能化，在下一步的工作中可以為小車增加自動識別、遠程控制、車速檢測和自動報警等功能.

[1] 呂云芳，陳帥帥，郝興森，等．基于C51高級語言程序控制的智能循跡小車設(shè)計與實現(xiàn)[J]．實驗室研究與探索，2015，34(3)：142-145

[2] 尹 杰，楊宗帥，聶 海，等．基于紅外線反射式智能循跡遙控小車系統(tǒng)設(shè)計[J]．電子設(shè)計工程，2013，21(23)：178-184

[3] Ulrich Tietze，Christop Schenk，Eberhard Gamm．電子電路設(shè)計原理與應(yīng)用(第二版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2014

[4] 朱黎博,孫韶媛，谷小婧,等.基于色彩傳遞與擴展的圖像著色算法[J].中國圖象圖形學報，2010，15(2)：200-205

Design of Intelligent Tracking Car Based on STC90C52

QI Yue

(Taiyuan Radio & TV University, Taiyuan 030024, China)

Intelligent tracking car driven by STC90C52 single chip microcomputer as control core, a motor module, power supply module, LED module, infrared sensor module etc...By infrared reflection sensor detection of pavement information, internal procedures of SCM judged and used PWM signal to control the rotation of the car around the motor running, in order to achieve automatic car tracking purposes. Experimental results show that the car is stable, fast response, it can be along the guide track with practical application value.

intelligent car; tracking；STC90C52；infrared

2016-07-02

齊 悅(1981-)，男，山西太原人，碩士，太原廣播電視大學講師，主要從事圖像處理、嵌入式系統(tǒng)研究.

1672-2027(2016)03-0023-04

TP391

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