崔曉龍

摘要：本文論述了基于STC89C52單片機(jī)的智能小車(chē)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)過(guò)程。該設(shè)計(jì)采用單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及光電循跡等技術(shù)，保證小車(chē)在無(wú)人管理狀態(tài)下，能按照預(yù)先設(shè)定的線路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡功能。在電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中力求方便，可操作，實(shí)用性強(qiáng)。本產(chǎn)品電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)可操作性和實(shí)用性強(qiáng)，故障率低，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；光電循跡；驅(qū)動(dòng)電路；C程序；智能小車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）09-0237-02

智能小車(chē)是一種使用充電蓄電池作為動(dòng)力來(lái)源的新型小車(chē)，工作中零噪音、零污染，對(duì)工作環(huán)境清潔度要求高的企業(yè)亦能適用。因此，智能循跡小車(chē)的相關(guān)研究，對(duì)未來(lái)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)、服務(wù)等行業(yè)都擁有重要意義，是提升國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)[1]。該方案應(yīng)用單片機(jī)做作為主發(fā)與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的相關(guān)功能。采用紅外光電二極管和光電晶體管系統(tǒng)跟蹤傳感器模塊，使用該模塊對(duì)黑色軌跡預(yù)設(shè)的判斷，再由單片機(jī)發(fā)出指令控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，改變直流電機(jī)的現(xiàn)有工作狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)循跡運(yùn)行。

1 系統(tǒng)的基本構(gòu)成

該智能循跡小車(chē)主要五大模塊組成，如圖1所示。單片機(jī)控制系統(tǒng)充當(dāng)循跡小車(chē)的大腦，負(fù)責(zé)接收和下達(dá)指令，光電循跡系統(tǒng)充當(dāng)循跡小車(chē)的觸角，直流電機(jī)模塊充當(dāng)循跡小車(chē)的雙腳。曲線所在位置可由檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)并輸出相應(yīng)的信號(hào)，對(duì)該部分信號(hào)進(jìn)行分析、處理后將信號(hào)輸入至單片機(jī)，進(jìn)而單片機(jī)按照輸入信息進(jìn)行處理，通過(guò)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)軌跡檢測(cè)模塊對(duì)小車(chē)進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)尋跡。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)整體方案的主控模塊選用單片機(jī)STC89C52控制行進(jìn)中的小車(chē)，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。為了達(dá)到更好的控制和驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)目的，驅(qū)動(dòng)模塊選用L9110。紅外尋跡模塊選用TCRT5000的紅外反射式開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)接收管上是否接收到紅外光來(lái)判斷小車(chē)得的行進(jìn)路線。循跡過(guò)程是以黑色引導(dǎo)線制作成不規(guī)則行進(jìn)路線，檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)黑色路徑進(jìn)行檢測(cè)，并將相應(yīng)路徑檢測(cè)信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)模塊進(jìn)行信息進(jìn)行信號(hào)分析處理，再將控制命令輸出到系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊，達(dá)到調(diào)控直流電機(jī)轉(zhuǎn)向目的，使小車(chē)能在黑色引導(dǎo)線上循跡自動(dòng)行駛[2]。

2.1單片機(jī)模塊與循跡模塊設(shè)計(jì)

STC89C52單片機(jī)[3]程序兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，通過(guò)ISP可在PCB板上直接編寫(xiě)、修改，不需編程器，不需改變硬件，不僅不占用用戶資源，而且功耗較低，抗干擾能力較強(qiáng)。圖2為單片機(jī)系統(tǒng)模塊圖。

2.2 光電循跡模塊

光電循跡模塊就是利用紅外線對(duì)黑顏色漫反射的反射程度差異，再通過(guò)光敏二極或三級(jí)管所接收漫反射的程度不同，產(chǎn)生強(qiáng)弱不同的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)通過(guò)電阻作用，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為高低電平進(jìn)而可被單片機(jī)識(shí)別。小車(chē)行行駛過(guò)程中不斷向附近地面發(fā)射紅外光線，紅外光探測(cè)白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，小車(chē)上的接收管會(huì)接收這些漫反射紅外光：當(dāng)紅外光照射到黑線時(shí)被吸收，小車(chē)的接收管無(wú)反射光信號(hào)接收。發(fā)射管與330Ω的電阻串聯(lián)發(fā)射紅外線，接收管與47KΩ的電阻串聯(lián)接收信號(hào)。當(dāng)紅外光被吸收接收管未收到漫反射時(shí)，其電阻狀態(tài)顯示高阻態(tài)，TX則為高電平輸出。當(dāng)接收管接收到反射光時(shí)，接收管導(dǎo)通，并且電阻非常小，TX低電平輸出[4]。下圖為循跡模塊電路圖，如圖3所示。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理

下圖為小車(chē)運(yùn)動(dòng)邏輯。電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用兩個(gè)信號(hào)控制：如果IB為“0”，IA信號(hào)為“1”，電機(jī)正轉(zhuǎn)；如果IB信號(hào)變?yōu)椋骸?”，而IA信號(hào)變?yōu)椤?”，電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)控制邏輯以電機(jī)A為例如表1所示。如果輸入引腳IA為低電平而輸入引腳IB為高電平，電機(jī)A反轉(zhuǎn)；相反情況時(shí)，電機(jī)A正轉(zhuǎn)。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)

單片機(jī)模塊分別與循跡模塊和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，具體如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)模塊系統(tǒng)分別為數(shù)據(jù)處理和過(guò)程控制兩個(gè)過(guò)程。其中數(shù)據(jù)處理過(guò)程包括數(shù)據(jù)信息的采集、數(shù)字濾波和標(biāo)度變換三方面內(nèi)容。過(guò)程控制程序重點(diǎn)是保證單片機(jī)遵循固定的方式進(jìn)行計(jì)算，再將結(jié)果輸出，實(shí)現(xiàn)控制生產(chǎn)目的。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由整體主程序和子程序構(gòu)成。由于采用程序控制小車(chē)的行駛方向，因此軟件的設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中的地位也很重要。如圖5所示軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序流程圖。

4 結(jié)論

現(xiàn)如今“智能”兩個(gè)字與人們的生活越來(lái)越密不可分，智能產(chǎn)品種類(lèi)越來(lái)越豐富，智能產(chǎn)品技術(shù)越來(lái)越高端，希望越來(lái)越多的研究者參與研發(fā)智能產(chǎn)品，提高國(guó)內(nèi)科學(xué)技術(shù)水平，提升國(guó)家的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張巖，裴曉敏，付韶彬. 基于單片機(jī)的智能循跡小車(chē)設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2014（3）：5-20.

[2] 雷銀.智能小車(chē)[J]. 電子制作，2011（6）：1-8.

[3] 鄭大明.基于單片機(jī)的智能玩具小車(chē)的設(shè)計(jì)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（2）：7-14.

[4] 朱建華.智能循跡小車(chē)設(shè)計(jì)[J].濰坊學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（6）：6-8.