智能小车控制

高永胜

【摘要】 智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。我们通过软件编程实现它的行进、停止的精确控制，并再次寻找到原来的轨道。

【关键词】 智能小车 自动运作 寻找轨道

【中图分类号】 G712 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2015）01-076-02

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一、功能说明

基本功能：小车能够在设计的线路上完成寻迹功能

二、方案论证

以AT89S51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用传感器检测电路，实现小车在行驶中自动寻迹。并将循迹过程中等数据传至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测数据实现对电动小车的智能化控制。

三、各模块设计

电路分为电源模块、单片机系统模块、电机驱动板、寻迹模块。

智能小车运行基本原理框图见图1。

图1

1. 电源模块

采用6节1.2V干电池供电，电压达到7V左右给直流电机供电，然后用7805降压、稳压后给单片机系统供电。

2. 单片机系统模块

本系统采用AT89S51单片机作为中央处理器。其主要任务是在小车行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，来控制小车行走，同时将相关数据送显示单元动态显示。

单片机是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。它的优点是体积小，可放在仪表内部，且单片机内部有可以多次重复编程的闪烁ROM，并且闪烁ROM可以直接用编程器来擦写，使用起来比较方便。

在本系统中，AT89S51单片机的P0口用于数码显示，P2.4 P2.5 P2.6 P2.7口用于电动机的PWM驱动控制，P1.0 P1.1 P1.2口用于探测轨迹，P2.1 P2.2 P2.3用于LED提示，P2.0用于倒车显示和蜂鸣器报警。

3. 探测轨迹模块

为了保证小车沿黑线行驶，采用了两个检测器并行排列，左右方向都可以进行控制，控制精度得以提高。在小车行走过程中，结合查询方式，通过程序控制小车行走轨迹。如果左方向偏离黑线，则右侧的探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机，进行处理校正。控制其向右转；如果右方向偏离黑线，则左侧的探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机，进行处理校正。控制其向左转。从而保证小车沿黑线行驶。采用TK-20黑白线检测传感器在本设计中，要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。其探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制电动小车行走的路迹。

根据黑色和白色路面对光的反射程度不同，白色反射程度强，而黑色反射程度弱。我们采用TK-20黑白线检测传感器，其有效探测距离达5cm。通过调节电位器，最远可以达到10cm，受可见光干扰小，输出信号为开关量，信号处理简单，使用非常方便。

使用注意事项：

（1）该传感器为开关量传感器，输出为TTL电平，可以直接和单片机连接，但需要在输出端加上拉电阻（如不加上拉电阻会出现不规则电平输出）。

（2）一定不要把线接错，否则容易烧掉传感器。

4.电动机驱动模块

为了电路设计简单，采用电机专用驱动芯片L298，其驱动电流大，瞬时电流最高可达2A，为电机驱动专门设计，工作稳定可靠。

L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。

本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。

根据直流电机稳态运行方程式：

U=CeФN+RaIa

其中：Ф为电机每极磁通量；Ce为电动势常数；

N为电机转数；Ia为电枢电流；Ra电枢回路电阻。

电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理：当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，C1，R5及U6A组成积分器开始积分，电容C1上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为100R5C1。當C1上充电电压，即6脚电压超过2/3VCC，555电路复位，输出低电平。电机启动时间一般小于0.8s，C1充电时间一般为0.8～1s。U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C1充电时间，U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298的6脚ENA端使电机停止。如果U5A的输出电平小于C1充电时间，6脚不动作电机的正常启动。长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。

单片机系统需要接收路径识别电路的信号，采用某种路径搜索算法进行寻线判断，进而控制舵机和直流驱动电机的工作。小车系统的硬件部分读者可以自行利用Proteus仿真。也可自行购买实物焊接制作。软件部分读者可以参考类似单片机案例自行采用C语言并利用Keil编程软件实现。

总结

在硬件设计中，开始一个模块设计之前和完成一个模块设计之后都要进行测试。在动手之前务必查清楚所用元件资料，在稍微复杂一点的电路设计之前可以先搭建其中的一部分电路，测试一下是否正常，然后再进行总的电路设计。这样循序渐进的进行设计可以节省时间保证电路的正确性。因此硬件设计完成之后首先需要测试硬件能够正常工作，这样在遇到问题时才能够排除硬件的干扰找出问题的所在。不足之处在于本例还是停留在仿真阶段，具体实物制作与软件编程没有编入其中。读者可以据提供的思路自行改进！

[ 参 考 文 献 ]

[1]郭天祥.51单片机C语言教程.[M]电子工业出版社.2009.

[2]周志德.单片机原理与应用.[M]高等教育出版社.2001.