陳 龍 邱 剛 李 昂 王 婧 彭曉鋒

（重慶三峽學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，重慶萬州 404100）

1953年，美國Barrett Electric公司制造了世界上第一臺(tái)采用埋線電磁感應(yīng)方式跟蹤的自動(dòng)導(dǎo)向車，也被稱作“無人駕駛牽引車”.在1970年代和1980年代初，“智能車”的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大而且工作條件也變得多樣化，因此，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到了更廣泛的研究與開發(fā).

隨著社會(huì)的發(fā)展，智能控制已經(jīng)融入到了我們的學(xué)習(xí)和生活之中，它給我們帶來了很多的方便，所以研究它對(duì)于我們有著重要的意義，也為我們的生活添加了許多樂趣.人們?cè)诓粩嗵接憽⒏脑?、認(rèn)識(shí)自然的過程中，制作出許多有趣的智能車，讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)、工作、生活中找到更多樂趣.我們就以 Holtek MCU HT46R單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)出防跌落、碰撞的智能車.為了體現(xiàn)Holtek MCU HT46R單片機(jī)在趣味性上的應(yīng)用，我們通過設(shè)計(jì)智能車來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在此作品的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)可以設(shè)計(jì)出清潔機(jī)器人.

1 工作原理

以Holtek MCU HT46R單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)上采用Holtek MCU HT46R單片機(jī)為主控器，利用紅外反射式光傳感器采集數(shù)據(jù)，把采集到的數(shù)據(jù)送入到以Holtek MCU HT46R為核心的單片機(jī)，通過處理數(shù)據(jù)，然后傳入到直流電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)智能車直線行走到達(dá)邊緣或遇到障礙時(shí)能自動(dòng)轉(zhuǎn)彎繼續(xù)前進(jìn)的功能.

智能車可以分為信息采集模塊、單片機(jī)模塊、執(zhí)行模塊、電源模塊這4個(gè)模塊.

信息采集模塊：該模塊實(shí)現(xiàn)外部信息的采集，供微控制器處理，其核心是紅外反射式光電傳感器.為了能探測(cè)到前方和地面邊緣的信號(hào)，我們采用了四個(gè)反射式紅外光電傳感器，其中兩個(gè)用來檢測(cè)地面的邊緣信號(hào)，我們?cè)O(shè)置它為低電平觸發(fā).還有兩個(gè)用來探測(cè)前方阻礙物信號(hào)，設(shè)置為高電平觸發(fā).因?yàn)槲覀儼逊瓷涫郊t外光電傳感器的輸出信號(hào)作為Holtek MCU HT46R單片機(jī)的中斷信號(hào)，所以我們用到74LS20，74LS00這兩個(gè)邏輯電路，將四個(gè)傳感器的信號(hào)通過它，然后作為Holtek MCU HT46R單片機(jī)的中斷信號(hào).

執(zhí)行模塊：該模塊包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)，我們采用TA7267BP直流無刷電機(jī)來充當(dāng)執(zhí)行模塊.當(dāng)接收到MCU的命令后便執(zhí)行相應(yīng)的操作.為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，小車的左右輪子分別采用了單獨(dú)的電機(jī).小車轉(zhuǎn)彎通過一個(gè)輪子正轉(zhuǎn)，另一個(gè)輪子反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn).為了避免原地行駛，我們?cè)O(shè)定當(dāng)收到MCU的命令，小車向左轉(zhuǎn).

電源模塊：經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，我們采用四節(jié)普通電池作為電源模塊.

單片機(jī)模塊：根據(jù)智能車的功能需要，我們選用了HT46RU232為我們的主控芯片，其主要實(shí)現(xiàn)信息處理和控制模塊.使用Holtek MCU HT46R單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)的功能：將紅外反射光電傳感器收集的數(shù)據(jù)通過邏輯電路，計(jì)算出中斷信號(hào)，然后判斷是否產(chǎn)生中斷，將中斷信號(hào)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片傳給電動(dòng)機(jī)，使小車實(shí)現(xiàn)直線走、停止、轉(zhuǎn)彎等功能，從而實(shí)現(xiàn)防止跌落和碰撞的功能.

2 作品介紹

2.1 系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示：

2.2 智能車以HT46RU232為我們的主控芯片，其主要實(shí)現(xiàn)：處理傳感器采集的數(shù)據(jù)，并判斷中斷是否產(chǎn)生，然后把控制信號(hào)傳遞給電動(dòng)機(jī).其協(xié)同關(guān)系如下圖所示：

2.3 程序流程圖如下圖所示：

3 測(cè)試方法

3.1 由于智能車設(shè)計(jì)屬于移動(dòng)性高精度實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，因此各模塊必須具有精度高、傳感器綜合控制、智能控制等性能要求，所以測(cè)試時(shí)將整個(gè)智能車系統(tǒng)分為：信息采集模塊、單片機(jī)模塊、執(zhí)行模塊以及電源模塊.

傳感器測(cè)試：作品采用了四個(gè)紅外反射式光電傳感器，其中兩個(gè)是地面?zhèn)鞲衅?，另外兩個(gè)用于探測(cè)前方阻礙.

測(cè)試過程中我們用紙片充當(dāng)阻礙物來測(cè)試前方傳感器.當(dāng)紙片由遠(yuǎn)到近，觀察傳感器上指示燈的提示，來調(diào)整需要的測(cè)試范圍，并且通過測(cè)試傳感器相互感應(yīng)范圍，用紙片測(cè)試出盲區(qū)，然后通過調(diào)整四個(gè)傳感器的位子，避免出現(xiàn)檢測(cè)的盲區(qū).

電機(jī)模塊測(cè)試：我們通過程序，給電機(jī)模塊不同的指令，看輪子是否按設(shè)定的方式轉(zhuǎn)動(dòng).

程序測(cè)試：通過與傳感器模塊、電機(jī)模塊一同協(xié)調(diào)測(cè)試.

整體測(cè)試：當(dāng)所有的模塊測(cè)試沒有問題后，我們將程序下載到芯片上進(jìn)行測(cè)試.當(dāng)按下開關(guān)，可以觀察到小車無法實(shí)驗(yàn)防跌落的功能，即遇到邊緣不會(huì)轉(zhuǎn)彎.我們先檢查電路板是否正確，發(fā)現(xiàn)無誤后，我們通過小車運(yùn)行的過程中，檢測(cè)各個(gè)部分的電壓是否達(dá)到預(yù)定值，但均沒有問題.我們想到是否是中斷信號(hào)有干擾，我們通過示波器觀察中斷信號(hào)，沒有發(fā)現(xiàn)有毛刺等不穩(wěn)定的波形.最后通過查資料在邏輯門與主控芯片之間加了一個(gè)10 uF的電容，然后檢測(cè)，終于實(shí)現(xiàn)防跌落、碰撞的功能.

通過一系列的測(cè)試，智能車能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的所有功能，即當(dāng)開關(guān)按下，智能車沿直線行走，當(dāng)遇到地面邊緣或障礙物時(shí)，智能車能自動(dòng)轉(zhuǎn)彎繼續(xù)前進(jìn)，從而達(dá)到防跌落和碰撞的功能.