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小行星电风扇:基于STC89C51单片机的智能小车

时间: 2019-01-11阅读:

摘 要本文介绍了一个以STC89C51单片机为控制核心的智能小车,该小车的具有3个轮子,利用L298N驱动芯片驱动电机工作,结合传感器探测的信号实现了小车的自动循迹、避障功能。

【关键词】单片机 循迹 避障 红外传感器

1 引言

随着机械、电子、电气、信息处理以及计算机等多个学科的融合,机器人逐渐走入人们的生活中。智能小车就是机器人的一个典型代表,在小车上配备传感器,通过传感器识别外界信号,信號反馈给控制器,控制器再根据预先写入的控制程序判断小车的状态进而做出下一步的指令,并传输给执行器,从而实现在无人为干预的情况下智能小车的自动行进。智能小车能够应用于考古、救援、医疗以及家用电器等多个领域,而且还能够为智能交通的构建提供参考。基于对智能小车的需要,本文研究了一款基于STC89C51单片机的智能小车,能够实现自动行驶、自动避障以及小车行进状态的显示。

2 智能小车总体方案设计

在该设计方案中,智能小车主要由电源、驱动、显示、循迹、避障以及控制等模块组成。小车采用前端驱动的方式,两个前车轮上配备有两个电机,通过单片机向驱动模块发出指令,由驱动模块控制电机的转动、停止以及正反转,后端使用一个万向轮作为支撑保持小车在行驶过程中的平衡。

2.1 控制模块

该智能小车采用STC89C51单片机作为系统的主控芯片,通过预先写入STC89C51中的控制程序来控制小车的运动,进而达到对智能小车的控制。

2.2 循迹模块

循迹是指在预先铺设的白色地板上设置一条黑色的条带,即为智能小车的跑道,小车将自动沿着黑色跑道行驶。自然界中不同的物质对红外线的吸收能力不同,当红外线遇到白色物体时会发生漫反射,当红外线遇到黑色物体时,红外线会被吸收。借助这个原理,在本设计中将两个循迹红外对管分别安装在智能小车车头下的左右两侧,每个红外对管都由一个接收管和一个发射管组成,发射管发射红外光到地面,当红外线遇到黑色条带时,红外线将被吸收,如果左边的红外传感器将接收不到返回来的信号,L298N驱动芯片将控制左边电机停止转动,车头将逐渐向左边调整;如果右边的红外传感器将接收不到返回来信号,L298N驱动芯片将控制右电机停止转动,车头将向逐渐向右边调整。

2.3 避障模块

避障模块主要由两部分组成,一部分是基于红外探测原理,类似于循迹。在智能小车的前端以及左、右两边分别安装一对红外对管,可以用来检测小车前进路线的前面和左、右两边的情况。如果前端的红外对管检测到有红外线被反射回来时,表明前方有阻碍,此时小车会做出相应的响应,躲避障碍物。另一部分是根据金属探测原理,在实际道路上存在各种小型的金属材质的障碍物,为了使小车更加适合实际路况,在本设计中采用电感式接近开关作为金属传感器,其内部主要由LC高频振荡电路和放大处理电路两部分组成。当有金属障碍物接近传感器时,LC高频振荡电路将发生电磁场震荡,将会产生涡流影响接近开关,该开关的振荡能力随之减弱,引起电路内部参数发生变化,从而判断出有没有金属障碍物。

2.4 驱动模块

在智能小车两个前轮上各安装一个直流电机,分别控制小车的两个轮子的转速,当两个轮子的转速不同时,小车将会转弯,当两个轮子的转速相同时,小车将直行。本系统中使用L298N对直流电机进行驱动,其内部设有两个H桥高电压大电流全桥式驱动器。通过单片机将PWM脉冲信号传输给L298N电机驱动芯片,从而达到控制直流电机的速度、停止和正反转向,保证小车能够实现沿着预先设置的轨道行走、躲避障碍物以及自动纠正偏离。

2.5 显示模块

该模块用于显示智能小车行驶运动的方向、时间和路程。LCD1602是一款液晶显示屏,具有低功耗、无辐射、显像稳定、显示区域大,显像效果好,能够显示多种类型字符以及高分辨率的优点,这款显示屏足够满足本设计的需要,因此在该智能小车上安装一个128*64的型号为LCD1602液晶显示屏。

2.6 电源模块

本次设计的智能小车系统中所有芯片需要的工作电压大小为5V,考虑到直流电机的额定电压、额定电流都比较大,本设计中采用9V的干电池作为电源,另外设计了一个电源稳压电路,利用7805稳压芯片对9V电压进行处理得到一个5V稳定电压。

3 软件设计

在单片机应用系统的开发过程中,C语言是最为常用的开发语言,而且C语言编程更加符合人的思维方式,因此本文选用C语言作为系统的开发语言,同时借助Keil C51平台开发了系统软件。

智能小车启动后先自由低速行驶,慢慢寻找黑色的跑道,如果遇到黑色跑道就开始计时、记录路程同时开始高速行驶,在行驶过程中不断检测是否出现偏离跑道、遇到障碍,如果出现偏离跑道就进行修正,如果遇到障碍就进行自动躲避障碍。当智能小车到达停车区域,小车将自动停车。主程序流程图如图1所示。

4 结论

本文提出了一个以STC89C51单片机为控制核心,结合L298N驱动芯片和传感器的智能小车,该小车能够实现自动循迹行走,也能实现自动躲避多种障碍,同时显示出小车的行进状态。经过多次实验,本智能小车的循迹、避障效果比较理想,系统抗干扰能力比较强,可以应用到智能交通、工业运输等方面,具有很强的实用价值。

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]卜文东,华凯,马草原,白耀武,孙荣琛.基于红外传感器智能小车的设计[J].电子世界,2017(03):134-136.

[3]邓喜兵,许建明,陈炯明.基于单片机的智能小车设计[J].电子世界,2016(09):47.

[4]洪淼淼,蔡宁.基于STC89C52的智能小车[J].电子世界,2016(11):41-42.

[5]徐爱钧.Keil C51单片机高级语言应用编程技术[J].电子工业出版社,2015(10).

作者单位

郑州外国语新枫杨学校 河南省郑州市 450000

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