金鑫，高偉江，王云鵬，朱永奇

?

智能控制小車的設(shè)計(jì)

金鑫，高偉江，王云鵬，朱永奇

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

文章設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的簡易循跡避障小車系統(tǒng)，重點(diǎn)闡述了小車系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)與構(gòu)成方法。小車以STC89C52為控制核心，用單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動模塊，控制小車行走，同時(shí)小車攜帶Wifi通訊設(shè)備，可以使用移動設(shè)備進(jìn)行控制。利用光電傳感器對障礙物進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)避障；利用紅外傳感器監(jiān)測路面黑色軌跡，將檢測信號反饋給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)循跡功能。單片機(jī)對釆集到的信號進(jìn)行分析判斷，及時(shí)控制小車驅(qū)動電機(jī)，達(dá)到避開障礙物，沿著黑線行走，實(shí)現(xiàn)小車自動循跡避障的目的。

STC89C52；紅外循跡避障；wifi；信息融合

前言

隨著智能化和自動化技術(shù)越來越普及，各種高科技廣泛應(yīng)用于智能小車領(lǐng)域，使智能機(jī)器人越來越多樣化。智能小車是一個(gè)多種髙新技術(shù)的集成體，它融合了機(jī)械、電子傳感器、軟件與人工智能等許多學(xué)科的知識，可以涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。

本文采用單片機(jī)技術(shù)，通過搭建外圍硬件，實(shí)現(xiàn)了智能小車的主動避障和循跡等功能，從而保證了小車在無人駕駛條件下的可靠的行駛能力，這為將來促進(jìn)無人駕駛汽車的發(fā)展起到積極的推動作用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該小車以直流電機(jī)為主驅(qū)動，通過各類傳感器來釆集各類信息，送入主控單元單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后來完成相應(yīng)動作，以達(dá)到自身控制的目的。電機(jī)驅(qū)動電路采用橋驅(qū)動模塊——直流電機(jī)驅(qū)動模塊，能同時(shí)驅(qū)動2個(gè)直流電機(jī)。避障與障礙物檢測采用光電傳感器完成，最后由單片機(jī)控制單元處理數(shù)據(jù)，通過程序有序合理的將各模塊信號融合在一起并完成相應(yīng)動作，同時(shí)具備小車與手機(jī)wifi局域網(wǎng)通訊功能，實(shí)現(xiàn)了對小車的智能控制。

根據(jù)設(shè)計(jì)的作品要達(dá)到的效果，本系統(tǒng)STC89C52RC以為核心控制器，主要由電機(jī)驅(qū)動模塊、WIFI通訊模塊、紅外循跡模塊和紅外避障模塊構(gòu)成。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主控芯片選擇

釆用STC89C52RC單片機(jī)來作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用來控制小車的行走，以實(shí)現(xiàn)對小車行駛的精確控制。

2.2 傳感器選型

采用漫反射式光電開關(guān)作為避障與尋跡的功能傳感器。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)光線發(fā)射管發(fā)出的光被物體反射，被接收管接收，再通過測量電路做出判斷，當(dāng)有光線反射回來被接收管接收到時(shí)，測量電路輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來被接收管接收到時(shí)，測量電路輸出高電平。

2.3 WIFI模塊的選擇

采用ESP8266 WIFI模塊作為局域網(wǎng)通訊模塊，以實(shí)現(xiàn)移動端對智能小車的遠(yuǎn)程遙控，ESP8266是一款超低功耗UART-WiFi 透傳模塊，擁有業(yè)內(nèi)極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專為移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可將用戶的物理設(shè)備連接到Wi-Fi 無線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信。

2.4 電機(jī)的型號選擇

釆用L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊作為電機(jī)控制電路。原理如下：功率三極管作為功率放大器的輸出來控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，調(diào)速性能好，主要釆用由達(dá)林頓管組成的H橋式第章小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路。

3 系統(tǒng)軟件控制流程設(shè)計(jì)

ESP8266通訊?？炫c單片機(jī)之間使用USART1串口通訊，其中USART1中斷服務(wù)函數(shù)中讀取移動端傳輸來的字符，并在主程序中進(jìn)行循環(huán)判斷，如果傳輸過來的字符數(shù)據(jù)與單片機(jī)內(nèi)存儲的某一行駛模式的標(biāo)識符相符合，則程序執(zhí)行該行駛模式。使用藍(lán)牙控制模式、尋跡避障模式和待機(jī)模式，分別對應(yīng)標(biāo)識符：‘0’‘1’‘2’。

主程序中使用判斷語句，當(dāng)標(biāo)識符為‘2’時(shí)，兩側(cè)直流電機(jī)被鎖死，小車靜止不動。當(dāng)標(biāo)識符為‘0’時(shí)，智能小車進(jìn)入藍(lán)牙控制模式，此時(shí)主程序繼續(xù)判斷標(biāo)識符，不同的標(biāo)識符執(zhí)行小車的不同姿態(tài)。當(dāng)標(biāo)識符為‘1’時(shí)，小車進(jìn)入尋跡避障模式，主程序改判斷光電傳感器的狀態(tài)，如果某側(cè)光電尋跡傳感器失去信號（黑線吸收紅外光）單片機(jī)立刻調(diào)整左右輪差速使其實(shí)現(xiàn)方向調(diào)控，調(diào)速方案使用PWM調(diào)速算法，通過控制電流在一個(gè)完整周期內(nèi)的占空比來調(diào)整兩側(cè)車輪的不同速度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎尋跡，如果某側(cè)避障傳感器突然接收到信號（障礙物反射紅外光）單片機(jī)則自動停止兩直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使小車停車。

4 結(jié)論

本小車設(shè)計(jì)釆用STC89C52RC8位單片機(jī)作為系統(tǒng)主控芯片，同時(shí)加ESP8266 WIFI模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，結(jié)合直流電機(jī)驅(qū)動模塊對直流電機(jī)進(jìn)行控制，通過單片機(jī)輸出的脈沖作為直流電機(jī)的控制信號，控制小車行走；采用紅外傳感器檢測周圍障礙與小車底部的黑線，實(shí)現(xiàn)小車的避障以及自動尋跡。

智能小車的硬件設(shè)計(jì)上，通過各方面的對比，選定了STC89C52RC單片機(jī)作為主控、L298N模塊作為電機(jī)的驅(qū)動、紅外傳感器用來循跡和避障，并購買了相應(yīng)的器件組裝焊接了一臺小車。在軟件的設(shè)計(jì)中，采用了信息融合、PWM調(diào)速、無線串口通訊等技術(shù)，編寫程序時(shí)使用了C/C++語言，相比匯編程序，語言更加簡單，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能時(shí)只需更少的語句。最后小車組裝完成后，通過調(diào)試與測試表明，小車能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、避障和循跡功能，整體設(shè)計(jì)比較成功。今后要多加學(xué)習(xí)，繼續(xù)研究，使小車的設(shè)計(jì)更加完善。

[1] 葛廣軍,楊帆.基于單片機(jī)的智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南城市建學(xué)院學(xué)報(bào),2011.

[2] 王超藝.王宜懷,基丁紅外傳感器的尋跡小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子工程師,2008.

[3] 孫緒才,L298N在直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].濰坊學(xué)院學(xué)報(bào),2009.

[4] 吳林編著,智能循跡小車主題型號工作的回顧[J].循跡小車技術(shù)與應(yīng)用,2001:6-9.

[5] 歐青立,何刻忠等,室外智能循跡小車的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].循跡小車,2000,22(6):519-526.

[6] 余孟嘗,數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.第2版.高等教育出版社. 1999:1-361.

[7] 李全利,遲榮強(qiáng).單片機(jī)原理及接口技術(shù).第1版.高等教育出版社, 2004:14-191.

[8] 王守中,51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例.第1版.人民郵電出版社, 2007:103-10.

Intelligent Control Car Design

Jin Xin, Gao Weijiang, Wang Yunpeng, Zhu Yongqi

( Automobile & Traffic Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001 )

This paper designs a simple obstacle avoidance car system based on single-chip microprocessor control, and focuses on the software and hardware design and composition of the car system. The car takes STC89C52 as the control core, and controls the motor drive module with single chip computer to control the car's walking. At the same time, the car carries WIFI communication equipment, which can be controlled by mobile devices. Obstacles are detected by photoelectric sensors to avoid obstacles, and black track of road surface is monitored by infrared sensors. The detection signal is fed back to MCU to realize the function of tracking. The single-chip computer can analyze and judge the collected signals, control the car driving motor in time to avoid obstacles, walk along the black line, and realize the purpose of automatic obstacle avoidance.

STC89C52;infrared tracking obstacle avoidance;wifi;information fusion

U467.1

A

1671-7988(2019)09-64-02

U467.1

A

1671-7988(2019)09-64-02

金鑫（1994-），就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院汽車服務(wù)工程專業(yè)，研究方向：智能汽車控制。

2018遼寧工業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201810154125）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.020