聶 茹，李國豪

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電子信息工程學(xué)院，廣州510800)

1 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進步，智能化和自動化技術(shù)越來越普及，智能小車作為移動式機器人的一個重要分支，隨著機器人研究的深入受到越來越多人的關(guān)注。智能小車是一個多種高新技術(shù)的集成體，是計算機控制與電子技術(shù)的融合，集傳感器探測，單片機自動控制、電機調(diào)速等于一體，為電子設(shè)備智能化提供了很好的實例。

本設(shè)計的智能小車機器人以STC89C52單片機［1］為控制核心，由紅外避障模塊［2］、聲控模塊、光電尋跡、電機驅(qū)動及語音播報模塊組成，并使用Altium Designer Summer 09軟件制作原理圖和電路板。小車可以自動循跡在設(shè)計好的線路上行走，在遇到障礙物時可以自行停止并可以實現(xiàn)反向運行，可以利用聲音控制小車的啟停。本設(shè)計采用模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)，小巧緊湊，控制準(zhǔn)確，性價比高，具有較高的人性化和智能化。

2 系統(tǒng)設(shè)計與原理

2.1 總體方案設(shè)計

總體方案設(shè)計如圖1所示。

圖1 方案設(shè)計圖

2.2 工作原理

系統(tǒng)以STC89C52單片機作為控制芯片，通過L9110電機驅(qū)動電路作為小車行使驅(qū)動電機的核心，運用多路紅外對管完成小車蔽障和循跡功能并且語音播報，以STC89C52單片機為控制小車的核心部分，實現(xiàn)小車多功能運行。

3 硬件電路設(shè)計

根據(jù)功能要求，本設(shè)計主要由電機驅(qū)動電路、光電循跡檢測電路、紅外避障電路、聲控模塊、語音播放幾部分組成，下面將介紹這幾個模塊的設(shè)計。

3.1 電機驅(qū)動電路

電機驅(qū)動模塊采用L9110。L9110是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性;兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能輸出800 mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達1.5A［3］。L9110被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機驅(qū)動、步進電機驅(qū)動和開關(guān)功率管等電路上。將L9110的6、7引腳接到單片機，并且接上拉電阻，1、4引腳接電機的兩端，通過對單片機的編程就可以實現(xiàn)兩個電機的正反轉(zhuǎn)。

3.2 光電循跡檢測電路

接近反射式光電感應(yīng)器件由一個紅外線發(fā)射二極管和一個光電二極管組成，如圖2所示，可以發(fā)射并檢測到反射回的光線。由于不同顏色的物體對光的反射率不同，當(dāng)感應(yīng)器對準(zhǔn)黑色物體時，黑色對光線反射率低，光電二極管接收到的反射光很少，不能導(dǎo)通，輸出高電平;反之，當(dāng)對準(zhǔn)白色物體時，輸出低電平。故而可以利用傳感器區(qū)分出黑色跑道與白色跑道邊緣，STC單片機可基于返回的信號控制伺服電機，從而控制小車的行進。

圖2 光電循跡檢測電路圖

3.3 紅外避障電路

紅外線二極管發(fā)射紅外光，如果機器人前面有障礙物，紅外線從物體反射回來，相當(dāng)于機器人眼睛的紅外檢測(接收)器，檢測到反射回的紅外光線，并發(fā)出信號來表明檢測到從物體反射回紅外線，從而控制伺服電機。圖3為紅外避障電路圖。

圖3 紅外避障電路圖

3.4 聲控電路

系統(tǒng)采用麥克接收聲音信號，將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、比較輸出一個變化的數(shù)字開關(guān)量信號。聲源接收電路利用MIC拾音器對聲音的感應(yīng)原理，電容C1進行充放電使三極管導(dǎo)通、截止，并作為LM393電壓比較器的輸入端，與比較電壓比較后輸出數(shù)字量。圖4為聲控電路圖。

圖4 聲控電路圖

3.5 語音播報電路

語音播報模塊采用YF1600系列產(chǎn)品，YF1600系列產(chǎn)品的錄音采樣頻率高，音質(zhì)好，音量大，PWM直推喇叭，外圍元件少。錄音功能:按下按鍵，“B”一聲開始錄音。松開按鍵，“BB”兩聲停止錄音;放音功能:按下按鈕放音，也可以選擇接到單片機的引腳，輸出高電平，使得模塊放音;LED指示燈:錄音時長亮，播放聲音時跟隨聲音以4Hz頻率閃爍。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

5 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩方面。首先對照原理圖全面檢查硬件電路，各芯片、各模塊是否正常工作。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

軟件調(diào)試，將程序按模塊進行調(diào)試。其中包含有前進、轉(zhuǎn)彎、后退、轉(zhuǎn)左、轉(zhuǎn)右、啟動、播報等程序。將它們分別燒寫進單片機，接通電源，檢查小車是否做出相應(yīng)的動作，例如當(dāng)燒寫進避障程序時，將手放在紅外對管前，然后看看小車的運動狀態(tài)是否會做出相應(yīng)的調(diào)整，當(dāng)小車在黑線上循跡時小車的運動狀態(tài)是否又會做出調(diào)整，經(jīng)過不斷調(diào)試從而達到預(yù)期效果。為了測試小車性能，對小車的循跡避障效果進行測試。打開小車的電源開關(guān)，把小車放在黑線上，感應(yīng)到信號時，小車啟動，在筆直的黑線和彎道上，基本都能跟蹤黑線進行循跡。當(dāng)前方20cm處出現(xiàn)障礙物時，小車自行停止播放聲音，2.5秒后，車子反向循跡運行。

6 結(jié)束語

系統(tǒng)對智能小車的硬件和軟件進行設(shè)計，實現(xiàn)了通過聲音對小車的控制、小車的自動循跡和避障功能。在設(shè)計中軟件采用模塊化設(shè)計思想，以便于軟件的修改、管理以及移植。實驗結(jié)果表明:小車可以自動循跡在設(shè)計好的線路上行走，在遇到障礙物時可以自行停止并可以實現(xiàn)反向運行。設(shè)計的智能小車操作簡單，穩(wěn)定可靠，具有更好的智能性、穩(wěn)定性和可擴展性［4］。

［1］吳健，侯文，鄭賓.基于STC89C52單片機的溫度控制系統(tǒng)［J］.電腦知識與技術(shù)，2011(2):902－903.

［2］楊桂林.基于AT89S52的智能小車的設(shè)計［J］.微計算機信息，2010，26(7):124 －125.

［3］薛紅，尹廷輝，蘇勇.循跡智能小車的系統(tǒng)設(shè)計［J］.軍事通信技術(shù)，2012(9):72－75.

［4］黃文輝，柳澤榮，黃鵬元.公交車—公交車站一體化語音播報系統(tǒng)［J］.電子世界，2013(6):79－80.