智能小车的设计与应用

王勇申+初俊博+孙恒震+郝政+韩特+刘峥

摘 要 本设计是一种基于单片机控制的自动循迹避障小车系统，智能小车系统由软件和硬件设计构成。智能小车以C51单片机[1]为主控系统，包括避障模块、循迹模块、电机模块，两个直流电动机驱动小车前进，用单片机产生脉冲波，控制小车速度。利用红外传感器对目标进行检测，并将检测到的信号反馈给单片机。单片机对采接收到的信号进行分析和判别，根据判别情况，直流电机对小车的转向进行调整，从而使小车能够沿着一定方向（黑线）自动行驶，实现小车自动循迹避障的目的。

关键词 智能小车；单片机；红外传感器

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）160-0170-02

在如今全球智能化的时代，机器人在许多领域已开始应用，如消防、工厂、医院、建筑行业甚至军事等领域。机器人是靠自身动力和控制力来实现各种功能的一种机器。在机器人技术智能化不断发展的过程中，科研人员开始将许多新的技术应用于机器人，并运用于各个领域。在这些领域里，科学研究人员发明了许多具有靠自身动力和控制力来实现某种特定性能的智能机器人，如消防机器人、海底作业机器人、医疗救援机器人、作战应用机器人等，智能小车可作为机器人的一类。智能小车体现了传感器技术和自动控制技术。智能小车就是通过传感器对信号进行发送和接收，将接收到的信号进行处理，发送给单片机，通过单片机编程的方法来控制小车，最终实现小车自动循迹避障的智能化要求。

1 主控部分

主控部分以C51单片机为主要器件，由于单片机控制简单、方便，有很好的控制功能和操作功能，循迹传感器和避障传感器将信息传递给单片机，单片机通过得到的信息来控制小车的电机，来控制行进中的小车的方向，以实现特定的目标。

2 循迹部分

循迹部分采用RPR-220红外光电传感器件[2]，RPR-220由探测器和接收器组成，它的接收器实际上是一个硅平面光电三极管，经测试，该探测器对黑线检测结果非常好，受外界光源影响较小，小车装上两对光电对管，即可保证车体始终保持在轨道内正常前行。循迹即小车沿着指定的行进路线（黑线）行驶，寻迹部分主要采用红外光电传感器进行探测，由于红外线对不同颜色具有不同的反应，当遇到白光时，会发生漫反射，而遇到黑线时，黑线就会将红外光线吸收。通过对不同颜色的物体反射的情况，将不同信息反馈到红外接收装置上。单片机根据此信息来使小车的电机进行特定的进动或停止。开启小车启动按钮，设定小车沿着黑线行驶，利用红外传感器对黑线进行探测确定小车是否偏离，如果小车偏离黑线，单片机会通过程序控制小车，如果黑线左偏则会使小车轮子左转，如果黑线右偏小车轮子向右转，以此保证小车沿着黑线行驶[3]，如果遇到停止线则小车执行停止命令。

3 避障部分

避障部分同样采用红外线避障的手段，红外传感器由发射器和接收器组成，发射器向远处发射信号，信号经反射至接收器，接收器接受信号并通过信号强弱来判断小车距离障碍物的远近。根据信号的强弱将信号变成高低电平，由单片机来控制电机，如果小车不能识别到黑线则单片机会控制小车转向继续寻找黑线，若识别到黑线则控制小车沿着黑线行驶，直到遇到停止线，小车停止行驶。

本模块主要有两部分组成，38kHz的红外发射模块和接收比较模块，采用38kHz频率段是能有效的排除可见光的干扰，实现避障有效距离50cm左右，更好的完成对电机的控制。

4 电机驱动部分

智能小车的电机驱动为两个直流电机，每个直流电机与楔形齿轮相连，该智能小车不考虑速度的调节情况，设定小车做匀速运动，驱动部分由芯片组成，该芯片电路为中块集成电路，用来接收TTL逻辑电平，直流和步进马达，开关电源晶体管。电机的正转、反转、停止均可通过单片机编程，将程序输入驱动芯片，芯片然后对电机进行正转、反转、停止的控制，通过对电机的有效控制，使小车按预定的方向进动。

5 结论

本设计方案以C51单片机为主要器件，循迹部分、红外线避障部分将获取的信息传递给单片机，单片机通过得到的信息对电机部分进行控制，并做出相应的进动。整个过程需要通过编程的手段，每一部分都有相应的程序来运行，每得到特定的信号后，单片机都将执行它们与之相对应的功能模块，实现小车的自动循迹功能、自动避障功能，实现小车的智能化行驶。这种智能小车可以应用于多种领域，如消防灭火、医疗救援、水下攻击等，随着智能化的发展，必将给人类带来诸多便利。

参考文献

[1]张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2010，5.

[2]康华光，电子技术基础数字部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006，1.

[3]江晋剑，钱萌.一种基于AT89S52的简易智能小车设计[J].科技论文，2007（7）：98-100.