基于单片机的循迹智能车系统设计

刘扬武

摘 要

智能车辆是目前世界车辆研究领域的热点和汽车工业新的增长点。本文设计了一个能自动循迹的智能小车控制系统。以AT89C51单片机为控制核心，利用反射式光电传感器检测黑线实现小车循迹，利用超声波传感器检测道路上的障碍并提示，利用LCD1602显示小车的速度和路程。载入测试程序，无需干预，前进、后退、左拐、右拐自动驾驶。利用车头两侧设有的红外传感器，实时判断障碍物偏移量，实现智能跟随。利用红外遥控前进、后退、左拐、右拐随意切换。能实现小车自动根据地面黑线前进倒退、转向行驶，自动驾驶，智能跟随，遥控控制，超声波测距提示障碍物的功能，LCD1602实时显示小车距障碍物的距离。

【关键词】智能小车 传感器 AT89C51单片机

随着智能的出现，我们的生活和生产发生了很大的改变，它的应用领域很广，如可以应用于工业控制、科学勘探、智能家居等领域。而智能小车就是智能的一个简单的应用，由于这类智能玩具具有较好的交互性，可控性，能够按照人们设定的模式去自动运作也深受人们的喜欢。因此，智能化小车的研究不仅具有很大的现实意义，还具有极为广阔的应用前景和市场价值。

1 循迹智能车系统总体方案及硬件设计

该系统将实现自动驾驶模块、黑线寻迹模块、智能避障模块、智能跟随模块、遥控控制模块这五大模块组成。

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。部分管脚说明：

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

此外，该系统的一个重要的传感器就是红外线传感器，红外光线有一个反射特性。利用此特性实现智能跟随的功能。但对于不同的物体反射特性是不一样的，特别是对白色反光的物体，红外光线的反射量将会多一点。而对黑色不反光的物体，红外反射量将会大量的减少。那么我们就可利用这个特性来完成黑与白的判断，以此来实现黑线循迹的功能。同样，使用红外遥控器可以实现遥控控制的功能。其中，红外发送协议为：引导码+客户码1+客户码2+操作码+操作反码。用户真正须要的只有操作码，操作码即用户实际需要的编码，按下不同的键产生不同的操作码，待接收端接收到后根据其进行不同的操作。

超声波测距的公式表示为：L=C×T 式中L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度；T 为测量距离传播的时间差（T 为发射到接收时间数值的一半）。已知超声波速度C=344m/s （20℃室温）。

2 系统操作流程

首先将循迹智能车组装完成，装上电池，打开电源，然后将已经编写好的功能模块程序烧写到单片机上，逐个模块进行操作：

2.1 自动驾驶模块

小车可以无需干预，前进、后退、左拐、右拐自动驾驶。

2.2 黑线寻迹模块

小车可以根据地上的黑色轨道进行行驶。

2.3 智能避障模块

若前方有障碍物可以自动避开或者绕行不会碰触到障碍物LCD1602显示屏实时显示小车与距障碍物的距离。

2.4 智能跟随模块

小车能够实时判断障碍物偏移量，实现智能跟随。

2.5 遥控控制模块

利用红外遥控器控制小车前进、后退、左拐、右拐随意切换。

3 系统功能与测试

对小车的整体的调试按照模块来进行，分为以下几个步骤：

（1）测试电源的工作情况，各个模块能否得到良好供电；

（2）检查单片机能否正常的烧写程序和工作；

（3）光电管安装完成后根据测试数据调节电位器选择合适的参考电压；

（4）测试两前轮电机的工作情况，并试验电机的驱动能力；

（5）让小车在黑色轨道上初步循迹运行；

（6）反复测试各参数变化对小车的影响，找出最有效的配置；

（7）对小车运行过程中各种可能出现的情况测试，发现问题，找出解决方法；

（8）整理数据，优化程序设计。 经过多次调试，小车能够较快较平稳的沿路面行驶。

该系统是循迹智能车系统，小车可以无需干预，前进、后退、左拐、右拐自动驾驶，还可以通过红外遥控器进行遥控小车进行行驶，前进、后退、左拐、右拐随意切换。利用车头两侧设有的红外传感器，实时判断障碍物偏移量，实现智能跟随。前面若有障碍物可以自动避开或者绕行不会碰触到障碍物，利用舵机和超声波模块进行多角度障碍物探测，实现智能避障，LCD1602显示屏实时显示小车距障碍物的距离，小车也可以根据地上的黑色轨道进行循迹，从而不会偏离跑道，完成这一控制功能的是小车的控制系统，并不是在人的帮助下小车才可以避开障碍物的，这些功能的实现，充分体现了小车的智能化。

4 结束语

本次设计以AT89C51单片机为控制核心，使得该循迹智能车性能更加稳定，具有较好的交互性、可控性，能够按照人们设定的模式去自动运作。同时该设计不仅考验对理论知识掌握的程度，也要求具有一定的实际动手操作能力，这对我们自身的能力有着很大的提升意义。此外，该系统涉及到了一系列光机电一体化的技术，其中机械结构是小车能否稳定运行的基础，硬件电路决定了小车实现的功能，软件部分是控制的灵魂。

参考文献

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]秦志强.李昌帅.智能传感器应用项目教程[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]徐科军.传感器与检测技术 第二版[M].北京：电子工业出版社，2012.