基于STC89C52的智能超车系统

刘小亚

【摘要】本系统采用单片机作为系统的核心，控制整个系统的协调工作。左右两个光电传感器检测道路黑色边界线，控制小车按要求轨道运行，中间一个光电传感器检测行驶过程的标记线，控制小车转弯、进入超车区等功能。利用无线模块实现两车的通信，控制超车，利用超声波模块维持车距。加上电源、驱动电路、挡板、小车模型以及控制软件构成了整个系统，实现了两车的正常行驶和交替超车功能。作者负责软件设计。

【关键词】STC89C52;智能超车;光电传感器

1.研究智能小车的目的与作用

首先，智能车辆在运输系统中为我们提供了方便，且节约一定的人力物力资源。其次，在现在信息教育中，智能小车的制作已经走进我们的课堂。其次，现代信息教育中智能小车的制作已经走进课堂。让科技的发展影响其创新性、实践性的发展，这对学生技能教育、科技的社会普及化都有重要意义。再次，随汽车工业的快速发展，近年来的交通事故也在不断增加，这给我们带来了巨大的损失，而此系统也可以为此提供参考与借鉴。

综上所述，智能小车的研究对我们的工业、教育、生活等都有很重要的意义。所以，智能小车的研究是一项提升我国综合国力的长期项目，对我国科技发展有着十分重要的作用。

2.系统方案

2.1 系统任务

在规定的轨道上，甲乙两车的同时起动，先后通过起点标志线，在行车道上，保持一定车距同向而行，并实现两车交替超车领跑功能。

2.2 系统整体方案

为完成相应功能，本设计提出的方案如图2.1所示。系统包括以下几个基本模块：电源稳压模块、主控模块、电动机驱动模块、黑线探测模块、超声波避障模块、无线收发模块。黑线模块负责循迹和识别轨道中的黑色标记线，测距模块负责监测甲乙两车的车距，无线模块负责两车之间的通信，主控模块负责采集传感器数据，并控制电机的运行状态。

图2.1 系统总体框架

2.3 各模块方案

主控模块采用宏晶公司的STC89C52RC单片机作为主控芯片。

黑线探测模块采用3个E3F-DS30C4集成漫反射光电开关探测器（电气连接图如图2.2（a），实物图如图2.2（b））。左右两边的用于检测轨道两边的黑线，中间的用于检测轨道中间的黑色标记线。当检测到白纸时，传感器输出低电平，当检测到黑线时，传感器输出高电平。当左边的光电开关检测到黑线，则小车右转;当右边的光电开关检测到黑线，则小车左转;当中间的传感器检测到转弯标志线，则小车转弯并记录黑线次数，若检测到第四根黑线，先转弯，然后根据圈数的奇偶确定小车是否进入超车区。甲车为基数圈时，则进入超车区，反之则不;乙车为偶数圈时，则进入超车区，反之则不。

图2.2（a） 光电开关电气连接图

图2.2（b） 光电开关

测距模块采用中心频率为40KHZ的HC-SR04超声波模块。发射器发射超声波，当遇到障碍物时则被反射回来，此时接收器接收反射回来的超声波，设这个从发射到接收所用的时间为t，又超声波在空气中的传播速度是340m/s，设超声波模块距障碍物的距离为s，则：

S=340*t/2                   （2.1）

为了测量前后两车的距离，故将超声波模块安装在两车车头，并在两车车尾添加了挡板，且保证挡板的尺寸能够将发射出的超声波返回。

图2.3 NRF2401模块引脚图

两车通信采用NRF2401无线发射接收模块。NRF2401模块的引脚图如图2.3所示，其中CE、CSN、SCK分别为使能、片选、时钟输入端。MOSI、MISO、SPI分别是串行输入、三态输出、串行输出端。当后车成功超车，并从超车区出来，检测到转弯标志线后，则向停在超车区旁的小车发送行驶命令，当后车接收到行驶命令后，则和前车一起继续行驶。

电机驱动模块，为了方便控制小车行驶，本系统选用60转/秒的直流减速电机，带动小车车轮前进，并采用1片L298N和8个1N4007构成驱动电路，为电机运行提供足够大的电压和电流。

电源模块，采用大功率、大容量的蓄电池单独供电。

3.硬件电路设计与制作

3.1 系统电路

3.1.1 电源部分

电源部份采用两种输入接口，如图3.1所示。

第一种是外电源供电，采用2.1电源座，可外接电源DC5V，经单向保护D1接入开关S1。第二种是USB供电，USB供电口输入电源也经D1单向保护，送到开关S1。由于两电源输入是并联，故上电时，只选择一路输入电源。S1为板子工作电源开关，按下后接通电源，提共VCC给板子各功能电路。电路采用两个滤波电容，给板子一个更加稳定的工作电源。LED为电源的指示灯，通电后LED灯亮。

3.1.2 复位电路

由于51单片机内部无上电复位电路，故需由一个电容和电阻组成简单的上电复位电路。为方便调试，故增加了按键复位电路，如图3.2示：

3.1.3 蜂鸣器

单片机P15输出高低电平经R21连接三极管B极，控制三极管的导通与截止，从而控制蜂鸣器的工作。低电平时三极管导通，蜂鸣器得电蜂鸣，高电平时三极管截止，蜂鸣器失电关闭蜂鸣。电路图如图3.3所示：

图3.1 系统电源电路

图3.2 复位电路

图3.3 蜂鸣器电路

3.1.4 独立键盘

如图3.4所示，由六个按键组成，每个按键的一端连接IO口，另一端直接连接GND。六个按键分别接入P37-P32，只要按下按键，相应位的IO口位将被拉为低电平，程序可以判断相应位是否为0来确认按键已按下。

3.2 电源稳压电路

本系统采用单电源供电方式供电，由于各模块所需电压不同，故需要不同的稳压芯片进行稳压。稳压电路如图3.5所示：此稳压电路中，同一采用LM系列的稳压芯片。

LM317是一个输出电压从1.2V至37V可调的稳压芯片，可通过电路中的R2调节P2口的输出电压大小。此系统中，由于无线通信模块需要的工作电压是3.3V，故将输出电压调至3.3V。LM7805、LM7812分别是5V、12V稳压芯片。稳压后的电压分别可通过P4口和P5口接出。

4.程序流程图

此系统的程序流程图如图4.1所示：

图4.1 程序流程图

5.系统测试

测试结果与分析：

（1）甲乙两车正常行驶一圈测试。测试数据如表5.1所示：

表5.1 甲乙两车正常行驶一圈

次 数 甲车行驶时间（s） 乙车行驶时间（s） 是否正常行驶

1 58.85 59.5 正确

2 58.1 60 正确

3 59 60.5 正确

（2）乙车超甲车一圈的时间测试。测试数据如表5.2所示：

表5.2 乙车超甲车一圈

次数 甲车行驶时间（s） 乙车行驶时间（s） 是否正常行驶 是否在超车区超车

1 77 68 正确 正确

2 76.5 67 正确 正确

3 77.1 68.5 正确 正确

（3）甲乙两车交替超车一次的时间测试。测试结果如表5.3所示：

表5.3 甲乙两车交替超车一次

次数 甲车行驶时间（s） 乙车行驶时间（s） 是否正常行驶 是否在超车区超车

1 139 150 正确 正确

2 140 149 正确 正确

3 139.5 150.4 正确 正确

（4）甲乙两车交替超车两次的时间测试。测试数据如表5.4所示：

表5.4 甲乙两车交替超车两次

次数 甲车行驶时间（s） 乙车行驶时间（s） 是否正常行驶 是否在超车区超车

1 340 356 正确 正确

2 341 353 正确 正确

3 338 355 正确 正确

分析：绝大部分情况小车均正常行驶，但由于小车每次的位置不同以及外部一些因素的影响，导致每次行驶的轨迹不一样，所以时间有一定的误差。

参考文献

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