張立臣 肖松平 張琦

【摘 要】隨著人們生活水平的不斷提高，越來越多智能化的產(chǎn)品走進(jìn)了我們的生活，例如無人駕駛的汽車、快遞機(jī)器人等。這些產(chǎn)品極大的便利了我們的生活。本文設(shè)計(jì)了一種尋跡避障智能車，以STC89C52RC單片機(jī)為控制芯片控制電動(dòng)小汽車的速度及轉(zhuǎn)向；通過安裝紅外對(duì)管檢測(cè)黑線，從而實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)循跡功能；利用超聲波模塊檢測(cè)行進(jìn)方向上的障礙，實(shí)現(xiàn)避障功能。小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)由L9110驅(qū)動(dòng)電路完成，速度由單片機(jī)輸出的PWM波控制。最終完成小車自動(dòng)尋跡避障調(diào)速，與此同時(shí)附加紅外遙控控制，使其操作更加靈活方便。為智能化的進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】STC89C52；L9110；紅外遙控

隨著自動(dòng)化、智能化的飛速發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求也越來越高，從自動(dòng)分揀的流水線到無人駕駛的汽車，人工智能機(jī)器人等這些都離不開電力電子技術(shù)，而其中無人駕駛汽車、自動(dòng)運(yùn)輸?shù)目爝f車能夠代替人來完成一些特殊任務(wù)，一方面減少了人員傷害，另一方面節(jié)約了人力資源，這些都為我們的生活提供了極大的便利，而我們這次所做的設(shè)計(jì)就是關(guān)于尋跡避障智能車，希望通過這次智能車的設(shè)計(jì)為以后的工作和更深入的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

一、系統(tǒng)方案基礎(chǔ)

（一）器件選取

1.驅(qū)動(dòng)模塊

在驅(qū)動(dòng)模塊上我們考慮了L298N和驅(qū)動(dòng)模塊L9110s，經(jīng)過分析L9110s將分立電路集成在單片IC之中，這也就使得外圍器件成本極大的降低，相對(duì)的可靠性提高。加上該器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作方便非常適合智能車的設(shè)計(jì)。同時(shí)該芯片具有良好的抗干擾性。

2.紅外尋跡模塊

紅外尋跡模塊主要選取了TCRT5000模塊[2]，主要是因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，當(dāng)尋找黑線時(shí)，如果掃描到黑線則被吸收，輸出高電平，反之則輸出低電平，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和轉(zhuǎn)向功能。

3.超聲波避障模塊

我們選取了HC-SR04器件[3]，一方面其成本低廉，其次管腳較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于操作。超聲波測(cè)距模塊[3]當(dāng)發(fā)射端發(fā)一個(gè)10US以上的高電平，就可以在接收端監(jiān)測(cè)是否有高電平輸出.一但有輸出就可以打開開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)接收端變?yōu)榈碗娖綍r(shí)則根據(jù)定時(shí)器的值，即為此次測(cè)距的時(shí)間，算出距離.如此不斷的周期測(cè)，就可以達(dá)到不斷檢測(cè)的值。

（二）智能車設(shè)計(jì)概述

智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過控制左右兩個(gè)輪子分別正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。將循跡光電對(duì)管分別裝在車體下的左右。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，芯片控制左輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，右輪正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，車向右轉(zhuǎn)。避障的原理在車身前方裝有超聲波傳感器，當(dāng)其檢測(cè)到障礙物時(shí)，主控芯片給出信號(hào)報(bào)警并控制車子停止、右轉(zhuǎn)，再次感應(yīng)重復(fù)上述操作，從而避開障礙物。

二、智能車總體設(shè)計(jì)

（一）總體設(shè)計(jì)方案

智能車整體分為三部分，首先是驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)動(dòng)，其次是通過紅外對(duì)管進(jìn)行循跡，通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，最后是超聲波避障功能躲避障礙物，下面是我們的整體設(shè)計(jì)圖。

（二）主要設(shè)計(jì)介紹

1.尋跡模塊設(shè)計(jì)

初始化進(jìn)行紅外檢測(cè)，一旦出現(xiàn)偏離情況，則調(diào)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，做出相應(yīng)轉(zhuǎn)向，延遲10ms之后馬上進(jìn)行下一次判定是否偏離，如果還偏離則仍舊做出相應(yīng)轉(zhuǎn)向，延遲10ms后繼續(xù)判斷，直到正常為止，調(diào)用直行程序前進(jìn)。在尋跡時(shí)有兩種方法，一種是兩個(gè)都是放置在黑線內(nèi)側(cè)緊貼黑線邊緣，第二種是都放置在黑線的外側(cè)，同樣緊貼黑線邊緣。所以在這里我們?cè)跁鴮懗绦虻臅r(shí)候如果都在外側(cè)或者都在內(nèi)側(cè)都會(huì)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)，否則就是轉(zhuǎn)向判斷。

2.避障模塊設(shè)計(jì)

避障過程中，通過超聲波探測(cè)距離，不斷修改程序以及小車自身的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)確定最合適的避障距離，之后在延時(shí)繼續(xù)重復(fù)操作完成避障。當(dāng)距離小于10cm時(shí)，啟動(dòng)避障程序，小車先停止延時(shí)[4]20ms，之后右轉(zhuǎn)延時(shí)10ms，再次檢測(cè)距離是否還存在障礙物，重復(fù)上述操作，完成避障，前進(jìn)。

3.驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)模塊我們采用L9110S模塊同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，當(dāng)電機(jī)一個(gè)輸入為高一個(gè)輸入為低時(shí)則對(duì)輪子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)，相反時(shí)則進(jìn)行反轉(zhuǎn)，控制兩個(gè)輪子同時(shí)正反轉(zhuǎn)完成前進(jìn)后退操作。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，根據(jù)延時(shí)設(shè)計(jì)，一個(gè)輪子正轉(zhuǎn)另一個(gè)輪子延時(shí)停止、正轉(zhuǎn)、停止不斷重復(fù)平穩(wěn)轉(zhuǎn)彎。

（三）設(shè)計(jì)成果

完成了由STC89C52RC芯片控制驅(qū)動(dòng)模塊、紅外尋跡模塊、避障模塊幾部分，實(shí)現(xiàn)小車的尋跡避障功能，并且能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)速度，且擁有紅外遙控控制功能，做成了所謂的遙控車。

調(diào)試時(shí)，正常情況下前進(jìn)，當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)小車的快速左轉(zhuǎn)。當(dāng)車身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，與左轉(zhuǎn)情況相反。在車身正前方裝一個(gè)超聲波探測(cè)器，當(dāng)其檢測(cè)到障礙物時(shí)，單片機(jī)給出信號(hào)并控制車子停止，當(dāng)障礙物移除后，小車[5]繼續(xù)按黑線循跡前進(jìn)。調(diào)試從5次成功1次到最后全部成功。

三、結(jié)論

小車制作成品，能夠很好的完成黑線尋跡避障且避障之后緩慢調(diào)整重新尋找黑線軌跡，繼續(xù)完成按軌跡行走，進(jìn)而完成一系列的任務(wù)。智能車的尋跡避障的實(shí)現(xiàn)是智能化的基礎(chǔ)也是未來實(shí)現(xiàn)更高自動(dòng)換產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基石，我們可以根據(jù)智能車的設(shè)計(jì)附加其他功能來便利人們的生活水平進(jìn)而更好地為社會(huì)服務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]王超藝，王宜懷.基于紅外傳感器的自尋跡小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子工程師，2008，34（11）：60-62.

[3]張萍.超聲波避障智能小車的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2017，38（09）：40-43.