4智能避障小車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智能避障小車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電子信息工程200709837王小龍羅維薇摘要本設(shè)計(jì)以單片機(jī)STC89C52為控制核心，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有避障和里程顯示功能的智能小車(chē)。其主要由三部分組成：液晶顯示模塊、避障模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。智能避障小車(chē)分別運(yùn)用直接反射式紅外傳感器TCRT5000和霍爾傳感器3144來(lái)進(jìn)行路徑檢測(cè)和里程計(jì)算，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示模塊和單片機(jī)分別進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)處理。并用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片控制小車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)。AbstractThisdesignbasedonthesinglechipcomputerSTC89C52ascontrolcore,designacarwithobstacleavoidanceandmileagedisplayfunction.Itmainlyconsistsofthreeparts:theliquidcrystaldisplaymodule,obstacleavoidancemoduleandmotordrivermodule.IntelligenceobstacleavoidancecardetectingexternalenvironmentbydirectreflexrespectivelyinfraredsensorTCRT5000andhallsensor3144,transferthereal-timedatatoLCDmoduleandsinglechipmicrocomputertodisplayrespectivelyanddataprocessing.AnduseL298Nmotordrivechiptocontroltheoperationstatusofthecar.一、緒論1．課題背景介紹隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，其控制能力越來(lái)越強(qiáng)大。人們利用單片機(jī)強(qiáng)大的控制功能設(shè)計(jì)出各種各樣的系統(tǒng)，全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽幾乎每次都有智能小車(chē)這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，設(shè)計(jì)的智能小車(chē)能夠通過(guò)光電開(kāi)關(guān)完成避障功能，并且可以計(jì)算和顯示出小車(chē)的行駛距離。2.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）采用STC89C52單片機(jī)作為控制小車(chē)的核心器件，用收發(fā)一體的紅外傳感器光電TCRT5000來(lái)檢測(cè)和感應(yīng)外界環(huán)境。（2）用L298N驅(qū)動(dòng)芯片控制電動(dòng)小車(chē)的運(yùn)行。（3）用霍爾傳感器計(jì)算小車(chē)行駛的距離并用1602液晶顯示器顯示。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)智能小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1．硬件總體設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心的控制電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用紅外光電傳感器、霍爾傳感器，實(shí)現(xiàn)小車(chē)在行駛中自動(dòng)躲避障礙物、測(cè)量里程等問(wèn)題。并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)小車(chē)的智能化控制。在本系統(tǒng)中，反射式紅外光電傳感器檢測(cè)障礙物，然后將信號(hào)傳送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，使小車(chē)沿軌道自主行走；通過(guò)霍爾元件測(cè)量小車(chē)行駛里程；采用L298N芯片控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小車(chē)的正反向行駛、快慢速行駛及轉(zhuǎn)彎；采用1602液晶顯示器顯示小車(chē)行駛的路程。此系統(tǒng)采用軟件方法來(lái)解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)，能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，其原理圖如圖1所示。圖1智能小車(chē)原理圖圖2主程序流程圖2．軟件總體設(shè)計(jì)在主程序模塊中，需要完成對(duì)各模塊接口的初始化，LCD1602的初始化、中斷向量的設(shè)計(jì)以及開(kāi)中斷、循環(huán)等等待工作。另外，在主程序模塊中還需要設(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志寄存器，并對(duì)它們進(jìn)行初始化，然后分別完成不同的操作，主程序流程圖如圖2所示。三、系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)1．硬件設(shè)計(jì)（1）LCD液晶顯示電路圖3液晶顯示器連接電路（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)采用L298N作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含四通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。其連接如圖4所示。圖4L2．軟件的具體實(shí)現(xiàn)（1）液晶顯示模塊程序進(jìn)入主函數(shù)后，執(zhí)行完1602LCD的初始化函數(shù)，然后用write_com(0x80)指令，命令先將數(shù)據(jù)指針定位在第一行第一個(gè)字處，然后寫(xiě)入第一行要顯示的數(shù)據(jù)；在第二行重新定位數(shù)據(jù)指針write_com(0x80+0x40)，將數(shù)據(jù)指針定位在第二行，然后再將第二行所要顯示的數(shù)據(jù)寫(xiě)入，繼而顯示。（2）里程計(jì)算程序設(shè)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)了N次，智能小車(chē)車(chē)輪的半徑為R，則里程S為：S=N×2π×R。四、系統(tǒng)測(cè)試及總結(jié)1．測(cè)試（1）測(cè)試儀器測(cè)試儀器包括數(shù)字萬(wàn)用表、MCS51仿真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。 （2）測(cè)試結(jié)果在程序燒入完成之后，將智能小車(chē)放在如圖5所示的迷宮入口處，小車(chē)根據(jù)光電開(kāi)關(guān)等裝置發(fā)送和接收的信息，基本在距墻面12mm處能夠躲避障礙，最終順利地走出迷宮。2．實(shí)物圖圖5智能避障小車(chē)實(shí)物圖3．結(jié)論本次設(shè)計(jì)的智能小車(chē)能夠顯示智能小車(chē)行駛的路程，能夠控制智能小車(chē)避開(kāi)障礙物或走出迷宮。但是由于自己的能力有限，本次設(shè)計(jì)還存在許多不足之處。如：不能控制小車(chē)行駛的速度、小車(chē)的轉(zhuǎn)彎速度較慢、紅外傳感器的檢查距離過(guò)短僅有12mm。希望今后有機(jī)會(huì)再對(duì)此設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。參考文獻(xiàn)[1]潘曉寧.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程.北京：清華大學(xué)大學(xué)出版社,2009[2]江志紅.51單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)案例精選.北京：清