湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王 勇中車株洲電力機(jī)車有限公司 王梨英

0 引言

隨著現(xiàn)代通訊和信息技術(shù)的發(fā)展，智能控制小車的研究越來越熱，更多的研究者在紅外遙控、超聲波檢測和人體紅外避障等方面做了大量的研究，此外在遇到障礙物時，除開避障還需要具有聲光報警功能。本文基于此，采用MSP430系列單片機(jī)，設(shè)計了一款智能控制小車，該小車具有紅外檢測和遙控功能，具有非常精確的避障功能。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

本設(shè)計以MSP430單片機(jī)為控制核心，系統(tǒng)主要分為L298N電機(jī)驅(qū)動模塊、紅外對管測速模塊、溫度測量模塊、濕度測量模塊、甲烷濃度測量模塊、超聲波測距模塊、上位機(jī)顯示模塊、NRF2401無線收發(fā)模塊、報警器模塊、單片機(jī)控制模塊。系統(tǒng)整體的硬件設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計

2.1 電機(jī)控制模塊

圖2 電機(jī)驅(qū)動模塊圖

圖3 測速模塊圖

電機(jī)驅(qū)動采用L298N來實現(xiàn)的，由四個IO口經(jīng)四個與門再由L298N輸出四路信號來控制兩電機(jī)。其控制電路圖如圖2所示。

2.2 測速模塊

測速模塊主要是由st188和輪胎的黑白間條組成。由于此車胎被處理成為黑白兩種顏色，通過比較器設(shè)置的門限值，可以很方便的感知地面的顏色。在黑線檢測電路中用LM324來確定紅外接收信號電平的高低，以電平高低判斷黑線有無。從而判斷車胎的轉(zhuǎn)速，測算出車速。其電路如圖3所示。

2.3 超聲波測距模塊

超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2，超聲波測距模塊原理圖如圖4和圖5所示：

圖4 超聲波發(fā)射電路原理圖

圖5 超聲波接收電路原理圖

圖6 系統(tǒng)程序流程圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

對應(yīng)硬件系統(tǒng)的相應(yīng)功能，在進(jìn)行軟件設(shè)計時，主要包括超聲波測距模塊、直流電機(jī)驅(qū)動模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動程序模塊、測速模塊、溫濕度檢測以及上位機(jī)顯示模塊等，其框架與功能示意圖如圖6所示。

4 系統(tǒng)測試

本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，系統(tǒng)反映快速靈活，硬件電路由可拆卸模塊拼接而成有很大的擴(kuò)展空間。經(jīng)驗收測試，該智能小車設(shè)計方案正確、可行，各項指標(biāo)穩(wěn)定、可靠（見圖7）。

圖7 智能小車實物圖

5 結(jié)論

本文通過軟硬件的設(shè)計，完成了一款智能控制小車的設(shè)計，經(jīng)過設(shè)計和實驗驗證，該智能小車能檢測人體障礙以及其他障礙物的存在，且距離精準(zhǔn)，此外，具有超聲波測速功能，能根據(jù)周圍環(huán)境的變化，進(jìn)行周圍溫濕度及甲烷濃度的檢測，根據(jù)要求可以進(jìn)行聲光報警功能。

[1]李佐彪,陳海娃.基于Android的智能控制小車APP[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,33(06)：29-31.

[2]朱小燕.淺談智能控制小車的設(shè)計[J].機(jī)電信息,2011,112(18)：180-182.

[3]李海波,陸善婷.基于3D打印技術(shù)的智能控制小車的設(shè)計與制作[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2014,13(20)：51-52.

[4]徐愛鈞,徐陽著.KeilC51單片機(jī)高級語言應(yīng)用編程與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社,2013,6：157.