基于单片机控制的太阳能智能小车

钟伟东

（广东河源技师学院，广东河源517000）

基于单片机控制的太阳能智能小车

钟伟东

（广东河源技师学院，广东河源517000）

太阳能智能小车以STC89C52单片机为控制核心，在单片机的控制下实现前进、后退、转弯、停止、前后方障碍物判断、遥控信号接收与解码、运动状态显示以及太阳能充电等功能，通过红外遥控器对小车进行启动、停止和后退。当小车驱动电源低于8.4V时，可通过太阳能自动充电控制系统对充电锂电池进行充电，保证小车有足够的驱动电压。

单片机；太阳能；环保；智能小车

随着工业的快速发展，环境污染状况加剧，倡导使用新能源产品已迫在眉睫，发展环保新能源技术是解决问题的关键所在。太阳能智能小车结合新能源产品的要求，采用环保新能源技术研制而成。在遥控器的控制下，小车可前进、后退、停止，并在车载LED屏上显示相应的运动状态。在前进过程中，若遇前方有障碍物，小车通过超声波电路的检测进行避障；在后退在过程中，如遇后方在所设范围内有障碍物，小车马上停止运动，避免撞到障碍物；当小车电源电压不足8.4V时，太阳能充电控制系统将自动启动充电功能，通过太阳能电池板光电转换，对电源进行补给，保证小车能正常运行。

一、智能小车电路方框图及实物图

太阳能智能小车主要由单片机主控电路、红外遥控接收电路、前后方障碍检测电路、电机驱动电路、太阳能自动充电控制系统、小车底盘和电源等8个部分组成如图1和图2所示。

二、智能小车主控电路及其控制过程

1.主控制电路原理图

主控制电路主要由单片机STC89C52、12MHZ时钟电路和自动复位电路组成，如图3所示。单片机是将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输入/输出接口电路等计算机主要部件集成在一块芯片上，这样所组成的芯片级微型计算机称为单片微型计算机，简称为单片微机或单片机。随着电子技术的发展以及应用需求的发展，单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗、体积小、应用灵活等一系列优点，近几年来得到迅猛发展和大范围推广。尤其在控制领域几乎无处不在，从工业过程控制到家用电器控制，从尖端科学技术到日常生活用具，单片机控制的例子枚不胜举。本作品以STC89C52为控制核心，与红外线接收、超声波检测等接口电路相结合进行设计，单片机的P0口和P2口为车载LED点阵显示驱动接口、P1口为电机驱动接口、P3为超声波检测和红外线接收等接口。

2.主控电路程序控制流程图，如图4所示

图1 智能小车电路方框图

图2 智能小车实物图

图4 小车主控电路程序控制流程图

三、小车各接口电路原理图及工作原理

（一）红外信号发射与接收电路

常用的红外遥控收发系统由发射和接收两部分组成，红外发射采用专用集成电路芯片（HT6221）进行编码调制，接收采用万能红外接收器，利用单片机对红外信号进行解码。红外信号的发射与接收过程如图5所示。从图中可知，红外信号的发射部分包括矩阵键盘、编码调制、LED红外发射；接收部分包括万能红外接收器、单片机解码电路。

图5 发射与接收过程

1.键值编码原理

常用的红外遥控器，一般采用PPM（Pulse Position Modulation脉位调制）调制的HT6221芯片。其键码的编码原理如下：

当用户按下按键的时间超过36ms时，振荡器使芯片激活，芯片将会产生9ms头码,4.5ms的空码,低8位的用户地址码（9ms-18ms）,高8位的用户地址码（9ms-18ms）,8位操作码（9ms-18ms）和操作码的反码（9ms-18ms），如所有代码时间未足108ms则以空码来弥补。当按键时间超过108ms，将自动发射第二个代码，第二个代码仅发射9ms的载波信号、2.5ms的空码、0.56ms的载波信号和95.94ms(108ms-9ms-2.5ms-0.56ms=95.94ms)的空码，如还未松键，则以第二个代码的形式发射第三个、第四个、第五个代码也称之为连码发射。信号波形如图6所示。

2.键值解码原理

根据键码形成的特征，采用单片机外部中断零(p3. 3)作为遥控器数据的输入端口。当遥控器发射9ms的头码（低电平）时，将会触发单片机的外部中断并执行解码程序，接收电路原理图如图3所示（解码程序略）。

（二）超声波测距模块接口电路

小车采用超声波测距模块电路（HC-SR04）作为前后方障碍物检测模块，通过单片机的P 1.0和P 1.1脚控制切换控制电路（如图3所示）进行选择前后方测距模块，测距模块的工作原理是单片机的P3.2脚输出一个40kHz的触发信号到超声波测距模块的TRIG脚，由超声波测距模块的发射器发射超声波，由超声波测距模块的接收器接收遇障碍物返回的超声波，然后模块电路的ECHO脚产生一个回应信号，此ECHO信号被单片机所检测，时序图如图7所示。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出小车距障碍物的距离，即S=VT/2。

图7 超声波障碍距离检测时序图

（三）车载LED点阵显示的基本原理及控制电路

从图8中可以看出，8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；要实现显示图形或字体，只需考虑其显示方式。通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效地控制各显示点的亮灭，LED点阵的所列接至单片机的P0口，行分别接至三极管Q1-Q8的集电极，再由单片机的P2口控制Q1-Q8的基极。

图8 车载LED控制电路原理图

（四）电机驱动接口电路

电机驱动接口电路采用L293D集成电路，该集成电路是ST公司生产的一种高电压、小电流电机驱动芯片。该芯片采用16脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达36V；输出电流大，瞬间峰值电流可达2A，持续工作电流为1A。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和继电器线圈等感性负载；该芯片可以驱动两台直流电机，其驱动电路原理图和电机控制逻辑表如图9和表1所示。

表1 电机控制逻辑表

图9 电机驱动原理图

四、小车电源及太阳能充电控制电路工作原理，电路原理图如图10所示

小车5V电源主要由2节3.6V锂充电电池串联，经过三端稳压管7805稳压输出后提供。

太阳能自动充电控制电路采用锂离子电池充电控制器LM3420-8.4，该充电电路可对2节3.6V串联的锂离子电池组充电。当电池组电压低于8.4V时，LM3420输出端无电流输出，三极管Q1截止，使LM317输出电流太小为1.25/RN的恒定电流，在充电过程中，电池组电压不断上升，并由充电控制器LM3420-8.4的输入端所检测。当电池组电压上升到8.4V时，控制器LM3420-8.4输出电流，使三极管Q1控制LM317的输出电压，充电电路切换到恒压充电模式，电池电压稳压在8.4V。其中三极管Q1和二极管是预防电池反充作用。

太阳电池的机械结构改进。按照太阳电池的结构，电池之间必需要用多根导线连接，导线连接必将影响小车的外观和电池的滑动。经过研究，采用折叠轨道式连接不仅解决了如上问题，而且还易于更换、增加太阳电池，使用更方便。

太阳能智能小车结合新能源产品的要求，采用环保新能源技术研制而成，具有开发成本低、操作方便、低功耗、设计新颖等特征，属绿色、环保、节能的电子产品。

图10 小车电源及太阳能自动充电控制电路

[1]胡乾斌，李玲，甘锡英.单片机微型计算机原理与应用[M].武汉：华中理工大学出版社，1992.

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1673-0046（2015）3-0191-03