(黑龍江科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150022)

先進(jìn)的輔助駕駛系統(tǒng)目前是國內(nèi)外研究的主流，汽車定速巡航系統(tǒng)已經(jīng)在很多汽車上得到成熟的應(yīng)用，在一定程度上可以減少駕駛員駕駛強(qiáng)度，并且后車與前車之間會保證一定的行駛距離，既緩解了駕駛者的駕駛疲勞又提高了汽車的主動安全性[1]。本次設(shè)計是用STC89C52作為控制器的智能小車代替現(xiàn)實中汽車進(jìn)行研究。在智能小車上安裝有避障傳感器可以實現(xiàn)小車的避障功能和安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理,當(dāng)避障模塊檢測到前方事物時可以通過程序改變小車的行進(jìn)方向和行駛速度,以保證不會發(fā)生碰撞，此次研究具有一定的實用價值[2]。

一、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

(一)控制芯片。本次設(shè)計使用的控制芯片是STC89C52它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。而且還擁有靈巧的8 位CPU 和系統(tǒng)可編程Flash。使得STC89C52為眾多嵌入式控制系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。

(二)電機(jī)的選擇。直流電動機(jī)是一種將進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電氣裝置，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。本次設(shè)計采用的是直流減速電機(jī)，它的工作電壓范圍為3～7.2V，該電機(jī)具有啟動性能好、調(diào)速范圍大和過載能力強(qiáng)等特點，本次設(shè)計電機(jī)采用PWM調(diào)速方式[3]。

PWM信號對電機(jī)調(diào)速的原理：使用PWM信號時，靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，電壓減小電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會下降。再通過改變周期來控制輸出頻率，脈沖頻率越高，連續(xù)性就越好。

(三)紅外避障模塊。紅外避障的原理：通過紅外接收管接收紅外光強(qiáng)度，判斷前方是否有障礙物；逆時針調(diào)節(jié)避障電位器，縮短障礙物檢測距離，順時針調(diào)節(jié)避障電位器，增大檢測距離；當(dāng)紅外避障對管檢測到障礙物時，避障指示燈亮起，反之熄滅[4]。

紅外避障模塊由左右2組紅外對管(LEAS1、RC1、LEAS2、RC2)、電壓比較芯片(U5)、電位器(RW1、RW2)、狀態(tài)指示LED燈(LED4、LED5)組成。紅外尋跡模塊由智能小車底板上2組紅外對管(U1、U2)、電壓比較芯(U5)、電位器(RW3、RW4)、狀態(tài)指示LED燈(LED2、LED3)組成。

(四)超聲波測距模塊。超聲波模塊原理圖如圖1.1所示，超聲波模塊的工作過程如下所示。首先給觸發(fā)控制信號輸入端口不少于10μs的高電平觸發(fā)信號，其次通過超聲波模塊內(nèi)部芯片分析計算后，這時超聲波發(fā)射器會發(fā)送8個40KHz的方波，然后超聲波接收器會檢測是否超聲波返回信號，最后檢測是否有超聲波返回信號，若檢測到說明超聲波被反射回來，這時回響信號端口會輸出一個高電平，超聲波從發(fā)射到超聲波返回的時間就是高電平持續(xù)的時間長短。但是超聲波測試的范圍在400cmm之內(nèi)，若超出此范圍超聲波接收器接收不到返回信號，超聲波模塊的時序圖如圖1.2所示，高電平持續(xù)的時間長短與所測的距離成正比。

圖1.1 超聲波模塊原理圖

圖1.2 超聲波模塊的時序圖

二、項目研究的具體內(nèi)容以及軟件設(shè)計

1、對前車進(jìn)行編程設(shè)計，使得前車具有啟動，調(diào)速，避障的功能。通過PWM信號對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)對小車避障的功能進(jìn)行檢測時，如果小車的左右傳感器探測到前方有障礙物時，則控制小車的左右電機(jī)向后轉(zhuǎn)使得小車向后退，再控制小車向左轉(zhuǎn)1s，再直行；如果小車的右側(cè)傳感器感測到障礙物則小車左電機(jī)向后轉(zhuǎn)，右電機(jī)向前轉(zhuǎn)，實現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎；如果小車的左側(cè)傳感器感測到障礙物時，則小車左電機(jī)向前轉(zhuǎn)，右電機(jī)向后轉(zhuǎn)，實現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎；從而實現(xiàn)小車的避障目的。

2、加入后車(B車)，給后車裝上超聲波測距模快，并且給電機(jī)定一個固定的速度，當(dāng)后車與前車(A車)之間的距離d超過安全距離時則后車停止前進(jìn)，否則后車將保持固定的速度跟隨前車[5]前行。

三、總結(jié)

本次智能小車的設(shè)計主要分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，該設(shè)計主要有這幾個步驟，即首先是確定智能小車需實現(xiàn)的功能，其次根據(jù)實現(xiàn)的功能選擇所需的關(guān)鍵硬件，最后設(shè)計硬件電路；在硬件設(shè)計完成之后，根據(jù)小車所需實現(xiàn)的功能編寫軟件程序。智能小車的制作主要是兩部分，即小車底板制作和小車底板與開發(fā)板的銜接。實現(xiàn)了前車的啟動、調(diào)速以及避障的功能，后車則實現(xiàn)自適應(yīng)跟隨的功能。

在論文的撰寫過程中，查閱并閱讀了大量的文獻(xiàn)，對小車的每一個模塊進(jìn)行了學(xué)習(xí)并完成了小車需要的功能，最后不斷地對程序進(jìn)行調(diào)試，使小車實現(xiàn)的功能更加完善。