劉揚(yáng)武

摘 要

智能車(chē)輛是目前世界車(chē)輛研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和汽車(chē)工業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)能自動(dòng)循跡的智能小車(chē)控制系統(tǒng)。以AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用反射式光電傳感器檢測(cè)黑線實(shí)現(xiàn)小車(chē)循跡，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙并提示，利用LCD1602顯示小車(chē)的速度和路程。載入測(cè)試程序，無(wú)需干預(yù)，前進(jìn)、后退、左拐、右拐自動(dòng)駕駛。利用車(chē)頭兩側(cè)設(shè)有的紅外傳感器，實(shí)時(shí)判斷障礙物偏移量，實(shí)現(xiàn)智能跟隨。利用紅外遙控前進(jìn)、后退、左拐、右拐隨意切換。能實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)根據(jù)地面黑線前進(jìn)倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動(dòng)駕駛，智能跟隨，遙控控制，超聲波測(cè)距提示障礙物的功能，LCD1602實(shí)時(shí)顯示小車(chē)距障礙物的距離。

【關(guān)鍵詞】智能小車(chē) 傳感器 AT89C51單片機(jī)

隨著智能的出現(xiàn)，我們的生活和生產(chǎn)發(fā)生了很大的改變，它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如可以應(yīng)用于工業(yè)控制、科學(xué)勘探、智能家居等領(lǐng)域。而智能小車(chē)就是智能的一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用，由于這類(lèi)智能玩具具有較好的交互性，可控性，能夠按照人們?cè)O(shè)定的模式去自動(dòng)運(yùn)作也深受人們的喜歡。因此，智能化小車(chē)的研究不僅具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，還具有極為廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。

1 循跡智能車(chē)系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛模塊、黑線尋跡模塊、智能避障模塊、智能跟隨模塊、遙控控制模塊這五大模塊組成。

AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。部分管腳說(shuō)明：

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。

P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。

此外，該系統(tǒng)的一個(gè)重要的傳感器就是紅外線傳感器，紅外光線有一個(gè)反射特性。利用此特性實(shí)現(xiàn)智能跟隨的功能。但對(duì)于不同的物體反射特性是不一樣的，特別是對(duì)白色反光的物體，紅外光線的反射量將會(huì)多一點(diǎn)。而對(duì)黑色不反光的物體，紅外反射量將會(huì)大量的減少。那么我們就可利用這個(gè)特性來(lái)完成黑與白的判斷，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)黑線循跡的功能。同樣，使用紅外遙控器可以實(shí)現(xiàn)遙控控制的功能。其中，紅外發(fā)送協(xié)議為：引導(dǎo)碼+客戶(hù)碼1+客戶(hù)碼2+操作碼+操作反碼。用戶(hù)真正須要的只有操作碼，操作碼即用戶(hù)實(shí)際需要的編碼，按下不同的鍵產(chǎn)生不同的操作碼，待接收端接收到后根據(jù)其進(jìn)行不同的操作。

超聲波測(cè)距的公式表示為：L=C×T 式中L 為測(cè)量的距離長(zhǎng)度；C 為超聲波在空氣中的傳播速度；T 為測(cè)量距離傳播的時(shí)間差（T 為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半）。已知超聲波速度C=344m/s （20℃室溫）。

2 系統(tǒng)操作流程

首先將循跡智能車(chē)組裝完成，裝上電池，打開(kāi)電源，然后將已經(jīng)編寫(xiě)好的功能模塊程序燒寫(xiě)到單片機(jī)上，逐個(gè)模塊進(jìn)行操作：

2.1 自動(dòng)駕駛模塊

小車(chē)可以無(wú)需干預(yù)，前進(jìn)、后退、左拐、右拐自動(dòng)駕駛。

2.2 黑線尋跡模塊

小車(chē)可以根據(jù)地上的黑色軌道進(jìn)行行駛。

2.3 智能避障模塊

若前方有障礙物可以自動(dòng)避開(kāi)或者繞行不會(huì)碰觸到障礙物L(fēng)CD1602顯示屏實(shí)時(shí)顯示小車(chē)與距障礙物的距離。

2.4 智能跟隨模塊

小車(chē)能夠?qū)崟r(shí)判斷障礙物偏移量，實(shí)現(xiàn)智能跟隨。

2.5 遙控控制模塊

利用紅外遙控器控制小車(chē)前進(jìn)、后退、左拐、右拐隨意切換。

3 系統(tǒng)功能與測(cè)試

對(duì)小車(chē)的整體的調(diào)試按照模塊來(lái)進(jìn)行，分為以下幾個(gè)步驟：

（1）測(cè)試電源的工作情況，各個(gè)模塊能否得到良好供電；

（2）檢查單片機(jī)能否正常的燒寫(xiě)程序和工作；

（3）光電管安裝完成后根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電位器選擇合適的參考電壓；

（4）測(cè)試兩前輪電機(jī)的工作情況，并試驗(yàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力；

（5）讓小車(chē)在黑色軌道上初步循跡運(yùn)行；

（6）反復(fù)測(cè)試各參數(shù)變化對(duì)小車(chē)的影響，找出最有效的配置；

（7）對(duì)小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中各種可能出現(xiàn)的情況測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，找出解決方法；

（8）整理數(shù)據(jù)，優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。 經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，小車(chē)能夠較快較平穩(wěn)的沿路面行駛。

該系統(tǒng)是循跡智能車(chē)系統(tǒng)，小車(chē)可以無(wú)需干預(yù)，前進(jìn)、后退、左拐、右拐自動(dòng)駕駛，還可以通過(guò)紅外遙控器進(jìn)行遙控小車(chē)進(jìn)行行駛，前進(jìn)、后退、左拐、右拐隨意切換。利用車(chē)頭兩側(cè)設(shè)有的紅外傳感器，實(shí)時(shí)判斷障礙物偏移量，實(shí)現(xiàn)智能跟隨。前面若有障礙物可以自動(dòng)避開(kāi)或者繞行不會(huì)碰觸到障礙物，利用舵機(jī)和超聲波模塊進(jìn)行多角度障礙物探測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能避障，LCD1602顯示屏實(shí)時(shí)顯示小車(chē)距障礙物的距離，小車(chē)也可以根據(jù)地上的黑色軌道進(jìn)行循跡，從而不會(huì)偏離跑道，完成這一控制功能的是小車(chē)的控制系統(tǒng)，并不是在人的幫助下小車(chē)才可以避開(kāi)障礙物的，這些功能的實(shí)現(xiàn)，充分體現(xiàn)了小車(chē)的智能化。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，使得該循跡智能車(chē)性能更加穩(wěn)定，具有較好的交互性、可控性，能夠按照人們?cè)O(shè)定的模式去自動(dòng)運(yùn)作。同時(shí)該設(shè)計(jì)不僅考驗(yàn)對(duì)理論知識(shí)掌握的程度，也要求具有一定的實(shí)際動(dòng)手操作能力，這對(duì)我們自身的能力有著很大的提升意義。此外，該系統(tǒng)涉及到了一系列光機(jī)電一體化的技術(shù)，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)是小車(chē)能否穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，硬件電路決定了小車(chē)實(shí)現(xiàn)的功能，軟件部分是控制的靈魂。

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