尹世超 張宗帥

【關鍵詞】單片機;尋跡模塊;避障模塊;電機驅動模塊

現代電子科學技術和計算機科學技術的飛速發(fā)展，改變了人類的生活方式。近些年來機器人的智能水平不斷得到提高，并且迅速地改變著人們的生產和生活方式。

在當今電子科學技術與計算機科學技術飛速發(fā)展的今天，人們對自動化要求越來越高，其中智能車輛已經是一個典型的代表，智能小車完全可以在一些不適合人工作業(yè)的危險環(huán)境下代替人工做一些比較危險的事情。本設計集成了尋跡與避障兩者的功能，具有非常重要的應用價值，在一些工廠中的危險車間里使用該智能小車的話，既可以保證人們的身體健康，還不會帶來嚴重的經濟損失。

一、硬件設計方案

（一）基本設計思路

基于單片機的智能小車的硬件設計主要由以下幾個模塊構成：單片機控制模塊、尋跡模塊、避障模塊、電機驅動模塊。

具體過程：單尋跡模塊與避障模塊將檢測到的信息發(fā)送給單片機控制中心，單片機得到尋跡避障模塊發(fā)送的信息后對數據進行處理與解析，然后將處理好的信號發(fā)送給控制電機轉動的電機驅動模塊，電機驅動模塊再去控制小車的左右電機的運動狀態(tài)，進而控制整個小車的運動狀態(tài)。

1、單片機控制模塊

單片機控制模塊是整個尋跡小車系統的核心，用來對所采集的數據進行處理，以及控制各個模塊之間相互協調工作。

本設計采用51系列的單片機，51系列單片機的資源比其他單片機的資源要多一些，I/O引腳使用方便，其功能十分完備，使用得心應手。

2、電機驅動模塊

電機驅動模塊的核心就是L9110芯片[2]，該芯片有以下特點：其工作電流比較低;其電源電壓的范圍比較寬，為2.5V～12V;具有較低的飽和壓降的特點;L9110的主要功能就是將來自單片機的控制信號施加到電機上從而控制整個小車的行駛。OE表示E路輸出引腳;OF表示F路輸出引腳;IE表示E路輸入引腳;IF表示F路輸入引腳;VCC表示電源接入引腳;GND表示接地引腳（地線）。

3、尋跡模塊

尋跡模塊采用紅外線探測的方法，根據紅外線反射能力的強弱隨顏色的不同而不同這一原理設計。單片機接收到尋跡模塊發(fā)過來的信號后，作出輸出相應處理并發(fā)出相應的信號來控制小車的行駛狀態(tài);如果遇到黑顏色的地面紅外線被吸收，接收管則接收不到信號，小車照常行駛。

4、避障模塊

避障模塊由2個紅外傳感器[3]構成，分別位于車體的前方和后方。分別用來探測前后兩個方位是否存在障礙物，然后將信息反饋給單片機控制模塊，從而調整整個車體的運動狀態(tài)。

二、軟件設計方案

智能小車軟件設計采用模塊化設計的思想，通過c語言來編寫計算機系統程序，編程者無須明白具體的計算機內部結構和指令。

尋跡模塊工作時，單片機內的處理器不斷掃描單片機控制模塊與尋跡模塊之間的接口，檢測判斷是否有信號輸入，如有信號輸入則單片機就做出相應的處理，并傳送給電機從而控制電機轉動狀態(tài)，進而控制小車的運轉狀態(tài)。避障模塊根據避障模塊中的發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，接收管負責接收反射回來的通過物體反射的紅外線，能夠反射光線的物體均能檢測到反射回來的紅外線。當避障模式啟動后，避障模塊的傳感器會發(fā)出紅外線來探測前方是否有障礙。

三、總結與展望

該智能小車通過尋跡避障模塊對黑線和障礙物探測與信號處理，將信號返回到單片機中，在單片機內部將信號進行數據處理后，將處理后的信號通過發(fā)送給電機驅動模塊，由電機驅動模塊來控制小車的左右電機的運動狀態(tài)，從而完成尋跡或者避障的功能。該智能小車依舊存在以下一些缺陷：譬如避障模塊的紅外探測傳感器對不同顏色障礙物的分辨能力不強;系統設計不夠優(yōu)化，抗干擾的能力比較差，此方面有待改善。本設計采用了模塊化的思想理念，各模塊的獨立性強，性能穩(wěn)定。經過測試，該智能小車可以很穩(wěn)定地完成尋跡、避障的功能。而且該智能小車經過合理地完善以及進一步優(yōu)化之后，可以應用于工廠的車間里，或者城市、學校、景點等地方的觀光車，具有很實際的應用價值。