郭恒興

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簡(jiǎn)易智能循跡定位小車

郭恒興

（清華大學(xué)附屬中學(xué)秦漢學(xué)校，陜西咸陽(yáng)，712000）

本設(shè)計(jì)是具有自動(dòng)循跡，藍(lán)牙控制等功能并顯示GPS定位的智能小車。硬件設(shè)計(jì)上主要以機(jī)器人為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，組裝硬件實(shí)物來(lái)構(gòu)建智能循跡小車系統(tǒng)。軟件上選用最為簡(jiǎn)單和實(shí)惠的8051系列單片機(jī)STC12C5A60S2為核心進(jìn)行程序的控制。選擇常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)為機(jī)械平臺(tái)，結(jié)合傳感器技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)小車所需的各種功能。

智能小車；自動(dòng)循跡；藍(lán)牙控制；GPS定位

引言

移動(dòng)機(jī)器人[1]正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是市場(chǎng)上的遙控汽車都價(jià)格昂貴，質(zhì)量也參差不齊。因此，用戶自己利用單片機(jī)[2]開(kāi)發(fā)一個(gè)玩具小車，利用手機(jī)藍(lán)牙來(lái)進(jìn)行控制，完成循跡和定為功能，可以更好地增加用戶的娛樂(lè)性，參與感和動(dòng)手能力。

1 整體設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元件組成探頭，并使用LM399電壓比較器，防止臨界輸出抖動(dòng)作為核心器件構(gòu)成中控電路。超聲波通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)的時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離，來(lái)完成避障的功能[3]。GPS定位通過(guò) C3-470模塊來(lái)獲得小車位置的經(jīng)緯度，LCD液晶可以通過(guò)按鍵來(lái)選擇所需的功能。并且可以通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙來(lái)控制小車。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 循跡模塊

用于探測(cè)黑線的位置，位于車頭前端，由若干個(gè)光電管組成，通過(guò)反射紅外線的變化判斷黑線的有無(wú)。當(dāng)被檢測(cè)物體是白色時(shí)，由于白色將光線反射回來(lái), 接收管導(dǎo)通, 輸出低電平。當(dāng)被檢測(cè)物體是黑色時(shí)，由于黑色會(huì)吸收大量光線, 那么反射回來(lái)的光線就少，接收管不導(dǎo)通，輸出高電平。設(shè)計(jì)者可以用黑色絕緣膠帶進(jìn)行路線的設(shè)計(jì)。

2.2 超聲波避障模塊

為了保證小車的安全，加入了避障模塊，使用的是HC-SR04超聲波測(cè)距模塊，它可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。

2.3 電源模塊

本智能車系統(tǒng)工作電壓有+5V和7.2V兩種電壓，由7.2V /2000mAh的Ni-Cd蓄電池組直接給驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向舵機(jī)供電。5V給車速傳感器、MCU以及光電傳感器供電，5V電源的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)電源管理芯片LM2575-5.0來(lái)實(shí)現(xiàn)的。舵機(jī)轉(zhuǎn)向模塊，通過(guò)一定占空比的方波控制舵機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度，舵機(jī)具有力矩大，響應(yīng)速度快等特點(diǎn)[4-5]。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，由于單片機(jī)輸出的電流有限，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行工作，因此需要通過(guò)專用的電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只要單片機(jī)給出相應(yīng)的控制信號(hào)，便可控制電機(jī)工作，較為常用的H橋驅(qū)動(dòng)芯片L298N 。

2.4 藍(lán)牙模塊

本設(shè)計(jì)選擇HC-05 嵌入式藍(lán)牙串口通訊模塊，進(jìn)行小車與手機(jī)之間的通信，從而使得用戶能隨心所欲地控制小車的運(yùn)動(dòng)軌跡。先用電腦藍(lán)牙連接其模塊，通過(guò)串口調(diào)試助手，運(yùn)用 AT 指令來(lái)設(shè)置相應(yīng)的波特率，用戶名，密碼和其他相應(yīng)的指令。然后連接單片機(jī) RX 、TX 運(yùn)用異步串行通訊經(jīng)過(guò)串口中斷來(lái)發(fā)送命令控制小車。需要注意的是，運(yùn)行本模塊可設(shè)置為主機(jī)或從機(jī)，主機(jī)能和從機(jī)配對(duì)通信，從機(jī)與從機(jī)之間或主機(jī)與主機(jī)之間不能通信。

3 總結(jié)

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，如果在循跡小車上加入一些新的路徑識(shí)別算法，將會(huì)讓小車更加智能。這樣開(kāi)發(fā)出來(lái)的自動(dòng)循跡小車具有相當(dāng)?shù)膶?shí)際應(yīng)用價(jià)值，用戶體驗(yàn)得以提高，市場(chǎng)前景良好，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和前景。

[1] 苑毅,張志超,李偉.智能避障小車設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2011(03):36-37.

[2] 宋雪松,李冬明,崔長(zhǎng)勝.手把手教你學(xué)51單片機(jī)——C語(yǔ)言版[M].北京：清華大學(xué)出版社出版，2014

[3] 高月華.基于紅外光電傳感器的智能車自動(dòng)尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].半導(dǎo)體光電,2009,30(01):134-137.

[4] 唐建文.基于CMOS攝像頭的智能小車導(dǎo)航控制[J].裝備制造技術(shù),2010(06):184-185.

[5] 李曉旭,周煥銀.基于STM32智能小車視覺(jué)控制導(dǎo)航的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2017,25(09):105-107.

Simple Intelligent Track Location Car

Guo Heng Xing

（Qin Han School, Affiliated Middle School of Tsinghua University, Xianyang, Shaanxi 712000, China）

This design is an intelligent car with functions of automatic tracking, Bluetooth control and GPS positioning display. In the hardware design, the robot is used as the development platform, and hardware objects are assembled to construct the intelligent tracking car system. In software, STC12C5A60S2, the simplest and most affordable 8051 series single chip computer, is selected as the core to control the program. The common motor is chosen as the mechanical platform, and the functions of the car are realized by combining sensor technology and motor control technology.

Intelligent car; Automatic tracking; Bluetooth control; GPS positioning

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2019.03.021

TP23

A

1672-9129(2019)03-0062-02

郭恒興（2001-）男，籍貫：陜西省興平市，民族：漢族清華大學(xué)附屬中學(xué)秦漢學(xué)校高中學(xué)生。E-mail：2209282216@qq.com