西北民族大學(xué) 洪淼淼 蔡 寧

基于STC89C52的智能小車(chē)

西北民族大學(xué) 洪淼淼 蔡 寧

【摘要】目前，在企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高、對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求不斷加深的環(huán)境下，智能車(chē)輛以及在智能車(chē)輛基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品已成為自動(dòng)化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。世界上許多國(guó)家都在積極進(jìn)行智能車(chē)輛的研究和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。跟隨時(shí)代潮流的發(fā)展，本文研究了一種基于STC89C52的智能小車(chē)，能夠給我們的生產(chǎn)和生活中得到廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】智能；單片機(jī)；小車(chē)

注：本文受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金資助（項(xiàng)目編號(hào)：61263002）。

1 研究作用和意義

本文以STC89C52單片機(jī)為核心，在keil C平臺(tái)下用C語(yǔ)言編程。然后基于此款單片機(jī)外圍將無(wú)線遙控模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，人體紅外傳感器，紅外避障傳感器，藍(lán)牙模塊等模塊融為一體。采用雙核實(shí)現(xiàn)對(duì)串口單元模塊、紅外避障和循跡模塊、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制，使用藍(lán)牙進(jìn)行界面化操作和串口通信的編程，初步形成硬件和軟件結(jié)合為一體的綜合智能巡邏監(jiān)控系統(tǒng)。

不僅大大減輕這種在災(zāi)害發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行搜救，減少生命結(jié)束的現(xiàn)象，而且也給人們帶來(lái)了極大地搜救方便。此外，它還可以代替人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域就行搜索、救援等一系列活動(dòng)，提高救援效率。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

2.1 方案分析

根據(jù)設(shè)計(jì)查找資料，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析，確定此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。此設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心，手機(jī)為平臺(tái)，通過(guò)HC-05藍(lán)牙模塊的連接配對(duì)，以手機(jī)發(fā)出命令，使單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、停止，再將ISD1820語(yǔ)音模塊、人體紅外模塊、及實(shí)際的車(chē)用電路結(jié)合起來(lái)，以達(dá)到基于52單片機(jī)的藍(lán)牙搜救小車(chē)的搜救目的。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)模塊

2.2 各個(gè)組成部分選擇

根據(jù)此設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)的功能，我們對(duì)智能小車(chē)的整體組成部件做一個(gè)介紹。

（1）電源模塊

此系統(tǒng)采用的電池供電是16.8V，可以直接外加一塊16.8V的電池，但是考慮到單片機(jī)、顯示器、語(yǔ)音ISD1820 等的正常工作過(guò)電壓小，需要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成5V電壓給各個(gè)模塊進(jìn)行供電，這樣做既可以將較高的電壓轉(zhuǎn)換成低電壓，又可以減少材料的消耗，并且安全可靠。

（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)

該系統(tǒng)使用的是小車(chē)大型電機(jī)的直流驅(qū)動(dòng)。普通的小電機(jī)，力量小，實(shí)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)動(dòng)困難。然而小車(chē)大型電機(jī)的直流驅(qū)動(dòng)用單片機(jī)容易控制，使用簡(jiǎn)單，有力，易于控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路，就用大型電機(jī)，可帶動(dòng)整個(gè)小車(chē)行駛。

（3）避障傳感器

該系統(tǒng)使用的是紅外避障傳感器。這種傳感器容易控制，耗電低，可以快速返回信號(hào)，能夠簡(jiǎn)單方便的控制小車(chē)各種運(yùn)行狀態(tài)。另外一些如超聲波傳感器，容易受環(huán)境影響，且過(guò)于敏感。很難控制小車(chē)避障。

（4）藍(lán)牙模塊

該系統(tǒng)采用的是HC-05藍(lán)牙模塊，此模塊具有體積小、成本低、收發(fā)靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)，只需配備少許的外圍元件就能實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大功能。一些高級(jí)的藍(lán)牙模塊，比如新型的藍(lán)牙模塊，雖然使用性能優(yōu)良，效果明顯，但其在電能方面消耗厲害，按照節(jié)能考慮，不易于長(zhǎng)期使用。

（5）人體感應(yīng)

人體感應(yīng)模塊有角廣泛的選擇，可以選擇溫度傳感器或者熱釋電傳感器。 熱釋電傳感器，檢測(cè)范圍廣，精確性高，能有效準(zhǔn)確檢測(cè)到人體；溫度傳感器，測(cè)量精確，但不準(zhǔn)確，測(cè)室溫可以，人體溫度感應(yīng)不適合。所以選擇溫度傳感器。

（6）語(yǔ)音模塊

用一些高級(jí)的語(yǔ)音模塊；比如新型的錄音播放器，效果當(dāng)然可以，但在供電方案比較耗電。該系統(tǒng)使用的是ISD1820語(yǔ)音模塊。該模塊價(jià)格比較便宜，語(yǔ)音效果較好。易于實(shí)現(xiàn)控制。相對(duì)于一些比較高級(jí)的、新型的錄音播放器，價(jià)格昂貴，耗電量大，ISD1820語(yǔ)音模塊比較適合。

3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)的整體系統(tǒng)的硬件可以分為：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、藍(lán)牙模塊、ISD1820語(yǔ)音模塊?；?2單片機(jī)的藍(lán)牙搜救小車(chē)主要是對(duì)我自己做的車(chē)進(jìn)行簡(jiǎn)單的加工，其中需要將語(yǔ)音電路、喇叭、藍(lán)牙電路、直流電機(jī)、穩(wěn)壓電路、避障感應(yīng)器、人體感應(yīng)器、感應(yīng)低電流控制照明電路很好的結(jié)合起來(lái)，配合應(yīng)用。

當(dāng)手機(jī)與藍(lán)牙模塊之間通過(guò)串口進(jìn)行配對(duì)成功后，手機(jī)發(fā)出命令送到藍(lán)牙模塊接收端，藍(lán)牙模塊將收到的信息傳給單片機(jī)，單片機(jī)將信息處理，然后通過(guò)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，讓小車(chē)進(jìn)行前進(jìn)、后退等各種運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車(chē)遇到障礙物時(shí)，避障傳感器發(fā)射的紅外線就會(huì)被反射到傳感器，傳感器檢測(cè)遇到障礙物這一信號(hào)并將這一信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)將這一信息處理分析后，通過(guò)控制電機(jī)來(lái)控制小車(chē)進(jìn)行左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，躲開(kāi)障礙物。而當(dāng)遇到人時(shí)，熱釋電傳感器將檢測(cè)到人的這一信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)將此信息處理分析后，通過(guò)控制語(yǔ)音模塊將事先準(zhǔn)備好的錄音通過(guò)喇叭將檢測(cè)到人的這一信號(hào)傳到外部。

如圖2所示，即為搭建好的實(shí)物圖。

圖2 整體實(shí)物

3.2 軟件控制策略

當(dāng)發(fā)出開(kāi)始命令后，系統(tǒng)程序初始化，單片機(jī)判斷是否有數(shù)據(jù)輸入，當(dāng)有數(shù)據(jù)輸入時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)命令控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)，如果小車(chē)遇到障礙物，則自動(dòng)響應(yīng)單片機(jī)，執(zhí)行相應(yīng)命令，若無(wú)遇到障礙物則繼續(xù)前進(jìn)；如果小車(chē)前進(jìn)檢測(cè)到人，則通過(guò)語(yǔ)音模塊和喇叭將信息傳遞出來(lái)，則人為的給一個(gè)停止命令，搜救結(jié)束。若沒(méi)有檢測(cè)到人，則判斷是否有新數(shù)據(jù)輸入，如果有新數(shù)據(jù)輸入，則執(zhí)行相應(yīng)命令；如果沒(méi)有新數(shù)據(jù)輸入，則繼續(xù)檢測(cè)是否有人，執(zhí)行相應(yīng)命令，直到搜救結(jié)束。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 硬件測(cè)試

針對(duì)硬件的測(cè)試，首做了一個(gè)小車(chē)底盤(pán)，然后加工上幾個(gè)電機(jī)和輪胎，基本做成一個(gè)小車(chē)。在制作好小車(chē)模型后，焊接了最小開(kāi)發(fā)系統(tǒng)板、直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、低電流照明電路以及穩(wěn)壓電路。之后又對(duì)喇叭、語(yǔ)音模塊、藍(lán)牙模塊、人體熱釋電傳感器、避障傳感器這幾種模塊的電路進(jìn)行焊接，焊接好后將各個(gè)模塊集成到一起。硬件電路制作好后，通電調(diào)試之前，用萬(wàn)用表對(duì)各個(gè)獨(dú)立單元進(jìn)行檢查，排除短路、斷路、虛焊等問(wèn)題后再通電進(jìn)行電路功能的調(diào)試。電路調(diào)試時(shí)，應(yīng)該先對(duì)照電路圖，再檢查一遍電路連線是否有誤，檢查無(wú)誤后通電進(jìn)行電路調(diào)試。

4.2 軟件測(cè)試

根據(jù)此設(shè)計(jì)要求，需要藍(lán)牙控制、避障、以及語(yǔ)音提示的功能。針對(duì)以上，先用單片機(jī)對(duì)喇叭、電機(jī)、低電流照明電路的一些控制。對(duì)于語(yǔ)音ISD1820模塊，我只需要對(duì)其進(jìn)行邊沿觸發(fā)就可以對(duì)其錄的音進(jìn)行播放；藍(lán)牙模塊，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙與小車(chē)上的藍(lán)牙模塊進(jìn)行連接配對(duì)，將信號(hào)傳給單片機(jī)來(lái)控制小車(chē)行駛。人體感應(yīng)模塊，檢測(cè)人體報(bào)警以體現(xiàn)搜救功能。

5 總結(jié)

本設(shè)計(jì)主要對(duì)搜救小車(chē)的軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)藍(lán)牙通訊模塊、ISD1820語(yǔ)音模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等硬件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了小車(chē)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制功能，最后達(dá)到搜救的目的。這一設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)可以給我們的生活帶來(lái)很大的幫助，使人們?cè)谑艿綖?zāi)害時(shí)能及時(shí)得到解救，同時(shí)也給救險(xiǎn)工作也會(huì)帶來(lái)幫助。在構(gòu)建智能小車(chē)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過(guò)程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車(chē)的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車(chē)的各種運(yùn)動(dòng)。靈活應(yīng)用機(jī)電等相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過(guò)程中，加深對(duì)控制理論的理解和認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)

［1］黃健能，楊光杰.無(wú)線遙控小車(chē)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（23）∶126-128.

［2］何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京∶航天航空大學(xué)出版社，1970，1∶44-57.

［3］郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言程序［M］.北京∶電子工程出版社，2009∶98-103.