基于单片机的智能循迹小车设计研究

邵艳雪　何永乐

摘 要：伴随着科学技术发展速度的提升，人们对人工智能的关注度和研究力度也在不断提升。智能小车作为一种以人工智能系统为基础的现代科技，已经被广泛应用到各领域之中。智能小车的应用，可以替代人们在一些恶劣环境中完成设备检测、搬运货物等工作，这样不仅可以提升相关工作的效率和水平，还能够推动我国社会经济稳步发展。对此，本文以单片机形式的智能小车为立足点，对此种智能小车具体的设计方案展开分析与研究。

关键词：单片机；智能循迹小车；设计研究

汽车智能化不仅可以提升其自身的操作性能和行驶安全性，还可以满足一些特殊场合的行驶与工作需要。就智能小车来看，它可以在现场无操作人员指挥的情况下，根据现场实际情况，按照预定设计方案做出与之相应的工作反映，且即使是在恶劣的现场环境中，仍旧能够保持稳定运行的状态。为了能够更加了解智能小车的工作状态，对其展开进一步的改进，使其能够在更多类型的环境和领域中工作，对其智能循迹的设计进行研究势在必行。

1 智能小车循迹系统构成

本设计系统中的主控制芯片是STC89C52号单片机，在测量小车与障碍物之间的距离时，采用的是超声波测距的办法。在智能循迹小车工作期间，其行进过程中道路的具体情况和行使信息等，都是依靠LCD显示模块来实时进行反馈的。此时，智能小车中的主控制系统就可以根据反馈回来的相关信息，对小车的行使速度和方向做出相对准确的判断，从而及时调整小车行进速度和行使方向，使其能够准确避开所有障碍物。现阶段，智能小车主要是由主控制模块、循迹感测模块、避障模块、前进模块、转弯控制电机模块、液晶显示模块所构成。

2 智能小车循迹系统的硬件组成和设计

2.1 主控制模块

在系统设计中，本模块使用的是包含了八位微控制器的STC89C52单片机。当设计人员确定了智能小车系统所使用的超声波，以及光电接近开关之后躲避障碍的具体方案后，且小车的行进路径信号也经过了STC89C52的I口或者是O口的输入处理，小车本身的运动情况就可以得到有效控制。而相关人员则是借助P0口所输出的电机控制信号来完成这一控制决策工作的。

2.2 驱动模块

虽然智能小车属于一种高水平的人工智能系统，但其在运行期间的各类运动行为也都是依靠电机设备带动起来的。小车在运动期间，其内部单片机可以按照前方道路的实际情况和环境信息等发布相应的控制指令，而后借助电机设备的正转和反转运行达到控制小车运动方向的最终目的。一般情况下，电机驱动模块使用的都是H桥式的驱动电路[ 1 ]。在本文所介绍的智能车系统中，L298N内部就集成了H桥式这种驱动电路。这样一来，小车操控人员就可以借助单片机给予的PWM信号和L298电路对小车启动、停止和运动速度进行有效控制。

2.3 避障模块

作为控制智能小车运动的核心内容，避障模块也是整个系统内最为关键的一大模块。应用智能小车企业中，操作人员制定的避障方案质量的好坏，将会对系统本身最终使用性能的高低产生直接影响。在本文智能小车系统设计中，使用的为HC—SR04号的超声波模块来控制智能小车躲避障碍。该模块的使用，能够提供大约两厘米到四百厘米非接触式的距离感测运动功能，距离测量结果的精度度能够达到三毫米左右。并且，该模块的使用，还可以在充分满足智能车系统运动要求的基础上，提升小车本身的精确度与抗干扰性能，确保小车在运行的过程中能够很好的判断出前方地面是否存在地面突起或者是小车无法穿越的障碍。该模块中还包括了超声波发射器、控制电路、接收器。就目前来看，智能车系统中的避障模块采用的是红外线探测法。即借助红外线在不同颜色物质的表面反射情况不同的特点来确定自己前进路径上存在的所有物质的类型。在本文的智能系统中，使用的是型号为TCRT5000的光电对管[ 2 ]。智能小车在行驶的过程中，可以不断向地表发射红外线光，当红外线的光遇到了白色的地面时，就会出现漫反射；而后反射光就会被智能小车上装载的接收管全部接收。如果小车在行驶过程中遇到的黑线被红外光吸收，小车上的接收管就不会收到信号。这样一来，操作人员就可以通过LM324作比较器，对高低电平进行采集，完成信号检测工作，从而将检测到的信号传输到智能小车上，使其可以在前进的过程中有效的躲避路径上存在的所有障碍物，进而达到智能避障，提升小车工作效率的目的。

2.4 测速模块

智能小车测速模块是由单光束的红外光电传感器和一个自制黑白编码盘所组成的。相关人员可以将纸板制作成一个圆形，之后将圆形平均划分成六个扇面，并使用间隔涂黑的方式。在使用的过程中，操作人员需要在小车的轮子上固定码盘，这样码盘就会随着小车的转动而转动。因为红外传感器只会对黑色与白色产生不同反映并输出高低电平，所以，操作人员只需要将相应的信号变化输进单片机内，对其进行计数，便可以完成距离测量工作。同时，操作人员海尔可以借助定時器的计时功能计算出小车的行进速度[ 3 ]。此外，操作人员应当在小车的两个轮子上都安装测速装置。因为小车在转弯运动时，两个轮子的运转速度不同。因此，当两个轮子的运动速度不同时，就表示小车在进行转弯运动，而操作人员则可以通过取两个轮子运动速度的平均值了解小车运动速度，计算出小车和障碍物间的距离。

3 结语

综上所述，笔者主要是以单片机与传感器这两大原理为基础，对智能循迹小车的设计展开研究。在本文研究的智能小车系统中，型号为STC89C52的单片机属于主控制芯片，型号为12V和L298N的直流电机属于系统中的驱动元件。而后在借助软件编程技术，从而制作出了一套功能模块化、结构完成、反应力相对较为灵敏的智能循迹小车。最后，笔者对该小车的躲避障碍的能力进行测试和实验，以此来判定该小车的工作能力。

参考文献：

[1] 朱涛.基于STC89C52单片机的智能循迹小车设计[J].电脑知识与技术，2011，8（31）：7751-7753+7758.

[2] 顾群，蒲双雷.基于单片机的智能小车避障循迹系统设计[J].数字技术与应用，2012，9（05）：23.

[3] 金立，贾存良，王梅，刘恩鹏.基于PIC单片机的智能循迹小车设计[J].工矿自动化，2010，10（08）：129-132.

作者简介：

邵艳雪，河北人，河北大学，测控技术与仪器；

何永乐，河北藁城人，河北大学，机械设计制造及其自动化专业。