時間：2023-05-30 10:26:27
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇智能小車，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞 單片機AVR-ATMEGA16；紅外線對管；車速檢測；L298驅動
中圖分類號TP242 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）54-0202-02
1 方案確定
智能小車控制系統選用AVR-ATMEGA16單片機為控制核心，通過光電編碼器對小車速度進行檢測，將速度反饋給單片機，由單片機對小車驅動直流電機進行轉速控制，從而控制小車的速度并且通過控制PWM脈沖占空比對小車的速度進行調節。當按鍵按下時，啟動小車運行，小車運行過程中由裝在車身的紅外線對管，檢測起始標志線、轉彎標志線、超車標志線，將檢測到的信號后送給單片機，由單片機控制L298驅動左右輪的電機，來控制電機進行轉彎、加速、減速、超車區超車等功能。光電編碼器測出兩輪電機的轉速，送回給單片機來調整小車的行進速度。
2 單元電路設計
2.1 最小系統電路
最小系統選用AVR-ATMEGA16，主要用于對各個模塊進行控制，以保證每個模塊正常運行，此模塊為整個系統的控制核心，通過IO口對接受和發送數據，來實現控制，包括控制PWM波的占空比來控制電機的轉速，光電編碼器將測得的電機轉速送回單片機，紅外線對管檢測的信息送回單片機，來控制小車按要求進行。
2.2 電機驅動電路
設計過程，由于主控芯片上沒有自帶的PWM控制器，通過設計硬件電路和軟件產生PWM波對電機進行控制。首先芯片通過PWM信號開啟關閉通道，電路的有效值功率P如式1所示，只要控制占空比就可改變電機的驅動功率，由單片機的模塊發出不同占空比的信號來控制行進電機，按照要求轉動。一塊L298芯片可同時驅動兩個直流電機， L298的工作電壓為5V~20V，導通電阻為0.12Ω，輸入信號頻率通常小于10K，并且具有短路保護、欠壓保護、過溫保護等功能。從芯片的封裝圖可以看出，可用兩個半橋電路增強其驅動能力，因此該方案可高效率、穩定、精確的控制電機轉動。
式1
式1中: P為有效值功率；
為PWM波占空比；
U為電機供電電壓；
I為流過電機電流。
2.3 光電編碼器測速電路
設計采用光電編碼器來測量電機轉速，光電編碼盤與電動機同軸，電機轉動時帶動光碼盤同速旋轉，可將電機轉動的圈數也即電機輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量，通過計算每秒光電編碼器輸出的脈沖個數即可算出電機的轉速。
2.4 信號采集紅外對管電路
紅外對管是一種利用紅外線的開關管，接收管在接收和不接收紅外線時會出現導通和不道導通兩種狀態，利用電路可以輸出明顯的高低電平變化，CPU通過識別這些變化的高低電平，就可以采取措施對小車進行控制。
3 軟件設計及工作流程
3.1 軟件設計整體介紹
對于小車而言，硬件是小車的軀體，而軟件則是小車的大腦，時刻控制著小車的行駛速度和方向。小車的行駛離不開軟件的控制。由此可見軟件的控制對于小車來講是很重要的。小車運行的快慢與導航的精度全部依靠軟件做的好與否。本設計的軟件設計主要分為兩個部分：小車的運動模型設計和控制器設計。
3.2 簡單運動模型
小車在實際行駛中，主要運動軌跡有兩種情況：直線和曲線行駛。本文對兩種情況都建立了模型；首先當小車直線行駛時，建立小車運動關系圖如圖1所示。
圖1 小車運動關系圖
根據關系圖所示，假設小車運動方向與X軸的夾角、X坐標、Y坐標作為狀態變量，建立運動狀態方程如式所示：
式2
其中，式中VR、VL分別為右輪、左輪的速度， 為小車總體速度，L為左右輪間距。
由于上面的公式具有連續性，而在采樣的過程，只能采取間斷的信號，因此必須對上面的公式進行離散化。設T作為采樣周期，利用光電編碼器在一個周期內測出的脈沖個數可求得第n個周期內小車移動的路程。對式2進行離散化與線性插值可以得到一組遞推公式如式3所示：
式3
其中，式3中的Xn，Yn表示小車在第n次采集的坐標值。當小車行駛的軌跡是直線時直接帶入上面公式就直接可以算出。
3.3 控制器設計
電機控制中，如果只采用開環控制系統控制電機，小車的運行會受外界的障礙物的影響。為了避免這種情況，讓小車能夠穩定的運行，采用增量式光電編碼器形成的測速反饋電路，構成轉速負反饋的閉環系統。它能夠隨著負載的變化而相應的改變電樞電壓，以補償電樞回路電壓降的變化，所以相對開環系統它能夠有效的減少穩態速降。當反饋控制閉環調速系統使用比例放大器時，它依靠被調量的偏差進行控制。因此是有靜差率的調速系統，而比例積分控制器可使系統無靜差的情況下保持恒速，實現無靜差調速。
本論文的控制器，主要利用經典的PID控制器，采取小車的速度和位置雙閉環調速系統；其中，小車的速度是控制器的內環，位置為外環。根據光電編碼器采集左右輪的信號，經過下位機的判斷和處理，從而改變小車的運動速度和方向。從而實現對小車的速度和位置雙閉環調速與導航。
3.4 電機控制
控制電機的運動過程中，主要通過PWM波控制電機的轉速；光電編碼器采集電機的轉速信號，經過施密特觸發器整形后，把信號在反饋給控制器。反饋的轉速與給定轉速比較通過PID算法，把重新計算得來的輸入速度送給電機，電機就會根據這個速度運轉。
4 測試方案及數據分
4.1 測試方案條件
圖2 小車測試跑道
測試在如圖2所示的跑道上面進行，根據小車實際的運行情況記錄不同要求情況下完成誤差及實測數據。小車工作所需電池電壓，12V、5V。
1）分別測試甲、乙小車成功通過跑道的所用的時間，及出跑道的次數，其測試結果如表1所示。
車號
項目 甲車 乙車
成功通過用時T 23s 24s
出跑道次數N 0 0
速度cm/s 47 48
表1小車成功通過跑道測試
2）測試甲、乙兩車按圖 所示位置同時起動，乙車通過超車標志線后在超車區內實現超車功能，并先于甲車到達終點標志線，即第一圈實現乙車超過甲車，測試乙車在超車區內超過甲車的時間。
車號
項目 甲車 乙車
T超車用時 2s 3s
出跑道次數N 0 0
表2
4.2 測試儀器
1）DT9205 數字萬用表；
2）UTD2062 CE 60HZ 1GS/S 數字示波器；
3）QJ-3003SIII 數字可調直流穩壓電源；
4）秒表。
參考文獻
[1]王晶.智能小車運動控制技術的研究[D].武漢理工大學碩士論文，2009，5.
[2]劉培艷.移動機械人的控制系統研制[D].西安科技大學碩士論文，2008，6.
[3]蓋萌萌.輪式移動機器人運動控制機器人的研究與設計[D].西安電子科技大學碩士論文，2009，1.
[4]張國亞.自動導引小車的設計與實現[D].武漢科技大學碩士論文，2008，10.
[5]葉菁.磁導式AGV控制系統設計與研究[D].武漢理工大學碩士論文，2006，4.
[6]李玉.自動導航小車的路徑規劃與控制研究[D].西安科技大學碩士學位論文，2008，4.
[7]張薇.船舶運動智能控制PID研究[D].哈爾濱工程大學碩士論文，2008，12.
[8]谷玉川.AGV驅動轉向一體化機構及其導航控制研究[D].吉林大學碩士論文，2005，2.
[9]程麗麗.自主尋跡切割機器人控制系統研究[D].吉林大學碩士學位論文，2009，5.
[10]宋養鵬.競賽用智能汽車控制系統的研究[D].蘭州理工大學碩士論文，2009，5.
[11]徐清.自動導引小車的設計與實現[D].蘇州大學碩士論文，2006，4.
【關鍵詞】智能車；AT89S52；單片機；金屬感應器
0 引言
智能作為現代的新發明，是未來的發展方向，可以按照預先設定的模式在一個環境里自動的運作，不需要人為的管理，可應用于科學勘探等多種用途。智能車就是其中的一個體現。本文著重對智能小車的設計進行了探討。采用具有高穩定性的AT89S52單片機為控制核心，用金屬感應器TL-Q5MC作為檢測元件來檢測路上感應到的鐵片，采用霍爾元件A44E檢測小車行駛速度；采用1602LCD實時顯示小車行駛的時間，小車停止行駛后，輪流顯示小車行駛時間、行駛距離、平均速度以及各速度區行駛的時間。
1 系統的具體設計
1.1 路面檢測模塊
應用一個金屬感應器，安裝在車盤下，離地略小于或約四毫米。當金屬傳感器檢測到鐵片時將對單片機發送中斷信號，單片機運行中斷，改變輸給電機驅動信號的電壓占空比來控制小車的速度。
1.2 LCD顯示模塊
采用1602LCD，由單片機的總線模式連接。為節約電源，LCD的背光用單片機進行控制。
1.3 測速模塊
通過霍爾元件感應磁鐵來產生脈沖（當霍爾元件在離磁場較近時輸出會是高電平，其它時候是低電平），一個車輪均勻放四個小磁鐵，計算一秒所得的脈沖數，從而計算出一秒小車輪子轉動圈數，再測量出小車車輪周長即可計算出小車當前速度，累加可得到當前路程。
1.4 控速模塊
考慮到元器件的缺少以及所用的電路的驅動電機的電路原理圖和小車自帶的電路的電機驅動原理圖一樣，所以暫時使用小車自帶的電機驅動電路圖。
1.5 復位電路模塊
此款智能智能小車用到的I/O口：小車速度的變換采用RD0、RD1控制，RD2～RD6用于紅外傳感器的輸入，小車的開關按鈕為RD7，RC0～RC5用于電動機的使能和方向控制，RB0～RB2用于串行工作方式的LCD顯示（SMG12864ZK），RB3～RB4用于測速單元的輸入。單片機的復位電路通過手動來實現。
1.6 模式選擇模塊
模式選擇模塊通過一個74LS00與非門和兩個不帶鎖按鈕來控制單片機單片機的兩個中斷口，從而按動按鈕來選擇小車走動的路型、來選擇小車的速度是快速、中速、慢速；走完路程小車停止后還可以通過按鈕選擇想要在LCD上想看的信息，比如總時間、走過各段路程的時間、平均速度、總路程等。
小車走動的模式選擇有：
（1）直線型：滿足設計任務的基本要求，能穩定的走完全程。之后按順序循環不斷的顯示走完全程所用的時間、走完高速區所用的時間和走完低速區所用的時間這三個時間；或者可以通過兩個按鈕以及LCD顯示的菜單選擇所要看的內容如平均速度、全程距離以及那三個時間。
（2）S型：滿足設計任務的發揮部分的要求，小車能自動的感應到在前面或在后面鐵片，即第一次轉彎后若感應到的是錯誤的方向，則小車會后退自動調整方向，沿著S型的鐵片走。當走完S型鐵片后的一定時間里，小車自動停止。之后自動進入菜單由我們自己選擇要看的內容時間、平均速度和所走的距離。
（3）自動型：小車先以一定的速度走完全程，之后再以一定的速度倒退回起點，再調整速度在一定的時間內走完全程。走完后LCD顯示的內容與直線型顯示的內容一樣。
2 結論
以AT89S52單片機作為核心部件，該智能小車采用金屬感應器TL-Q5MC來檢測路上感應到的鐵片，從而把反饋到的信號送單片機，通過各種方案的討論及嘗試，最后智能小車可以實現：
（1）自動避開障礙物，找到合適的路徑；
（2）自動識別路線狀況，并根據實時狀況快速做出判斷；
（3）自動顯示所要求的時間；
（4）自動尋線前進，能智能檢測、撿起、放下鐵片；
（5）行駛到規定的地點自動停止并顯示結束。
【參考文獻】
[1]曹建樹，曾林春，等.基于單片機控制的智能尋跡小車[J].微計算機信息，2008，12-2：103-104.
[2]孫肖子，張企民，編著.模擬電子技術基礎[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006，112-457.
關鍵詞：太陽能汽車；太陽能電池板；蓄電池；電動機
中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00
1項目背景
1.1項目概述
我國地域遼闊有著豐富的太陽能資源，在太陽能利用方面有著很大優勢?；谔柲軄碓磸V泛、儲量無限、潔凈環保的優點，本項目積極響應我國“十一五”規劃綱要中倡導的“節能減排”， 構建社會主義和諧社會，建設資源節約型、環境友好型社會。我們大學生創新計劃項目小組設計并制作了一輛太陽能智能小車。本論文主要闡述該項目的制作過程及收獲。
1.2項目目的
為了結合學校教學改革，培養學生興趣愛好，提高學生動手能力，靈活運用自己本科階段所學的知識，更為了為自己以后的工作積累一些經驗，在學校的大力支持下，我們成功地申請了我校大學生創新計劃項目，本項目對于本科的創新教育具有一定的示范、啟示作用。也為發展太陽能汽車的想法提供一定的實踐性和實用性。
1.3設計任務
我們小組成員通過合作互助，自學慎思，并運用所學知識，結合當前低碳環保生活，我們制作的太陽能智能小車能夠實現如下功能。通過電腦上位機能遠程控制小車前進、左轉、右轉、后退等動作；并在惡劣環境下實時監控，還能自動運行；實現太陽能智能追蹤，自動充電；以及可用220V交流電源充電。
2項目總體方案設計
2.1系統工作原理
將太陽能作為小車主要能量來源，用充電電池把收集到的太陽能轉化為電能儲存；利用光敏電阻對太陽光進行自動、即時跟蹤，大大提高了對太陽能的利用率；紅外傳感器的應用，CMOS攝像頭的使用，成功實現了小車的智能避障，遠距離無線采集并傳輸圖像，實時監控，同時使用Arduino單片機控制電路和遠距離無線控制模塊技術實現對小車行駛的遠程控制。
2.2按摸塊化設計每個單元電路
（1）小車控制部分
操作人員使用電腦上位機發送指令，指令信號通過無線模塊傳給下位機上的接受模塊，使單片機做出相應信號的反應。下位機本項目采用的是北京納克斯機器人公司的Arduino單片機控制板（帶驅動），其基本特點為：處理速度快，兼容性好，自帶驅動還可以省總系統所需要的驅動模塊；無線模塊采用NRF905，其基本特點為：接收發送功能合一，抗干擾性強，信號發送/接受距離長等特點。
（2）驅動電路部分
本小車采用四驅模式，通過電腦上位機發出的控制信號，在驅動電路的作用下，執行此時信號的操作要求。此部分我們采用SGS 公司的L298N，常見的15 腳Multiwatt 封裝。L298N可同時驅動2個二相或1個四相步進電機，內含二個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯準位信號，可驅動46V、2A以下的步進電機；可以直接用單片機的IO 口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。IN1～4接單片機控制信號，使能端EA，EB高電平有效，CA，CB接地，OUT1～4分接直流減速電機，加續流二極管做保護。VSS，VS同接12v電壓供電。
（3）太陽能光伏轉換部分
太陽能電池組的選取原理：通過太陽能照射在太陽能電池組上，將太陽能轉換成直流電，此時的直流電是不穩定的，通過太陽能充放電模塊使之成為可以提供足夠穩定的電源電壓。
我們小組選用的是單晶硅太陽能電池板其光電轉換效率為15%左右，最高的達到24%，堅固耐用，使用壽命一般可達15年。此外還有多晶硅太陽能電池板，多元化合物太陽電池板等，有待進一步學習使用。
（4）充電控制器原理
充電控制器采用了斬波式PWM原理，分兩個階段，第一階段為快充階段，第二階段為PWM 階段（慢充階段）。電路采用斬波式PWM 充電原理，檢測蓄電池的充電端電壓，將檢測得到的蓄電池端電壓與給定點電壓比較，若小于給定電壓，斬波器全通，迅速給蓄電池充電； 當蓄電池的電壓大于給定電壓時，則根據比例調整功率管的占空比，充電進入慢充階段，改善充電特性，防止過充。有效轉化并存儲太陽能電池組提供的能量。
（5）蓄電池部分
12V蓄電池均由6個單格電池串聯而成，每個單格的標稱電壓為2V，串聯成12V的電源。蓄電池主要由極板、電解液、格板、電極、殼體等部分組成。蓄電池的初充電電流大小一般按說明書中的規定值，或按額定容量1/10的電流來進行。 密封電池可允許的運行范圍為15℃～50℃ ，但5℃～35℃之內使用可延長電池壽命。長時間存放的電池每6個月必須充電一次，電池必須存放在干燥涼爽的環境；該蓄電池可以不用加液，但定期檢查外殼有無裂縫，電解液有無滲漏等仍為必要的。
2.3上位機控制面板
上位機控制面板功能有：控制小車前，后，左，右運動；控制攝像頭云臺上，下，左，右擺動；控制太陽能扇的打開與關閉；采集智能小車實時捕獲的視頻并存儲于電腦。
3組裝調試
在本項目制作過程中我們遇到了好多問題，比如小車底盤，控制模塊，圖傳模塊等的選取，太陽能扇的制作，和太陽能扇驅動裝置選取等。剛開始想小車底盤自己設計加工的，后來考慮成本決定是買現成的底盤。太陽能扇我們試了兩種材料，第一種是亞克力面板上安裝太陽能電池板，這樣不僅重力不集中，不易驅動而且亞克力面板比較脆很容易發生斷裂；第二種是玻璃絲布板，這種材料不僅通過雕刻把太陽能電池板嵌套在里面，而且重力集中，比較容易驅動，于是我們選擇了玻璃絲布板。太陽能扇的驅動裝置是自己設計并制作的，通過有機材料做成的合頁與直流減速電機結合，以保證速度適中還能使扭矩充分利用，角度可以通過控制電機運行時間來調節，最后達到太陽能扇正常工作的目的。通過不斷地進行試驗，調試，初步測量出本項目在陽光比較充足的條件下充電時間需要5～6個小時，連續工作約7h，行駛距離約5km，最終成功的組裝了功能較完善的太陽能智能小車。
4結束語
通過本次課題的研究，我們較好的完成了任務，并達到了預期的效果。在這個看似簡單的項目制作過程中，我們深深的懂得了團隊的重要性，也非常明白我們現在學的知識的局限性，更知道了自己的不足。在這個調試的過程中，遇到很多的問題，有些小的問題，正是實驗素養不夠造成的，正是這些小的問題困擾乃至浪費我們的時間精力都多過了編寫程序的調試。由此可見，我們平時還是要抓住學校給大學生創建良好創新平臺的機會，注重實驗技能的培訓。
參考文獻：
[1] 郭天祥.新概念，51單片機C語言教程：入門、提高、開發、拓展全攻略[M]. 北京：電子工業出版社，2009.
[2] 趙建領等.Protel 99 se設計寶典[M].電子工業出版社，2011.
（1.漢中職業技術學院，陜西漢中723003；2.漢中市人事考試中心，陜西漢中723000）
【摘要】使用精度高、反射式抗干擾強的激光傳感器構成智能尋跡小車的道路識別系統，搭配驅動電路和轉向控制電路，采用適合的控制算法，組成一套能自動識別道路，能夠平穩，高速行駛的智能系統。該系統采用飛思卡爾公司的MC9SC12的16位單片機。
關鍵詞 激光傳感器；智能尋跡；抗干擾；單片機
0引言
道路識別模塊是智能尋跡小車系統的中最關鍵的模塊之一，道路識別方案的好壞，直接關系到小車自動形式性能的好壞，也關系其他模塊和控制算法的設計。一般傳感器模塊的選擇主要有兩種方案方案：反射式紅外傳感器、CCD攝像頭識別。采用反射式紅外傳感器，短距情況下，它體積小，方便安裝，環境要求不高，還可以避免其他可見光線的干擾，且可以比較容易的改變紅外管的陣列排列，以適應不同情況的需求。反射式紅外傳感器陣列數據輸出的量校，數據處理快捷，可以使用單片機控制。CCD(ChargeCoupleDevice)攝像頭傳感器是一種MOS(金屬-氧化物-半導體)結構的新型器件。CCD的優點是它獲取外界的信息量巨大，可以較為準確地區分出直線道路與彎道，并計算出道路的曲率。但是它的硬件復雜、價格較高、要求系統的運算能力較高。并要求道路的光照穩定，因為CCD無法分辨物體亮度大范圍的變化。在以前幾屆智能尋跡小車比賽中，采用反射式紅外傳感器的道路識別系統，因為其抗干擾能力弱，為解決這一問題，我們設計了一種采用激光傳感器的道路識別系統，該系統具有高速、準確、識別距離大、抗干擾能力強等特點，能更高校地為智能尋跡小車尋跡。
1激光傳感器
1.1工作原理
反射式激光傳感器陣列，利用激光發射和接收對管組成陣列，激光發射管發出激光，經過路面發射，由光敏接收管接收，反射光線的強弱隨不同反射物體的顏色而變化，傳感器輸出的電壓值也隨之變化。通過模數轉換將傳感器輸出信號都轉換成數字信號，根據激光陣列的排列位置，識別出道路中線的位置。通過多個激光傳感器的組合排列，經算法處理，可以計算出小車的位置。
1.2傳感器的選擇
根據實際道路寬度，以及傳感器的高度選擇合適的激光傳感器。一般為了保證準確性，最好選擇電壓-偏離距離特性曲線中急劇上升斜率越大的傳感器，但是如果斜率過大，電壓的變化范圍又會過小，將會降低傳感器的探測寬度。
2硬件設計
2.1道路識別系統布局
一字型布局
一字型布局是最常用的布局形式，即各個傳感器分布在一條直線上，保證了縱向的一致性，讓控制算法主要集中在橫向上。對于分布間隔的選擇，視情況也相對不同。本次設計采用間隔20mm兩并列的布局方式，這樣在小車行駛時可以產生多種不同的情況。首先，傳感器必有輸出值的情況，就可以根據它所在的位置進行控制；另外，對于丟失道路的情況，可根據前面的傳感器輸出位置來判斷校車此時所在區域。采用兩兩并列就是為了區分出具體區域，如果不這樣排列，則當出現丟失道路的情況時，小車無法判斷道路中心在左邊還是右邊。道路識別模塊與地面形成一個夾角，上排激光發射傳感器用于道路前瞻，下排對道路始點進行偵測，計算道路中心線的偏差和車身縱軸線，讓小車正確地調整姿態。從橫向來看上下層布局與一字型相似，但與一字布局相比多了橫向的特性，讓小車的橫向控制有了一定的前瞻性。將中間三傳感器進行前置，讓小車能夠早一步識別前方是否是直道，控制驅動進行加速。經過調試，采用上下層布局的道路識別系統，通過彎道時更加平穩，因此上下層布局，道路識別能力更強。
2.2道路識別電路的設計
采用DL-7147激光管作為道路的基本檢測元件。發射、接收電路（如圖1）
發射電路：R14輸入5V高電平，三極管U12導通，通過R15使激光管L11發射180kHz頻率的激光；接收電路：接收管L12接收到道路中心線反射回的激光時，從OUT1輸出高電平，通過模數轉換轉換成一組二進制數列，通過算法計算確定小車的位置。
3調試及結論
智能尋跡小車實際行駛由檢測發現，當車速為0.8米每秒時車的不平穩度不超過10°,車速在米每秒時車的不平穩度不大過15°。由小車形式測試得出智能小車直線行駛軌跡平穩，轉彎流暢，系統較穩定，達到了設計要求的控制效果。
參考文獻
［1］卓晴,黃開勝,邵貝貝.學做智能尋跡小車[M].北京航空航天大學出版社,2007
［2］周斌,劉旺,林辛凡,等.智能尋跡小車道路記憶算法的研究[J].電子產品世界,2006(15):160-166.
【關鍵詞】智能循跡；AT89C52；光電傳感器；L298
1.引言
智能循跡小車在社會生產中具有廣泛應用，如生產線物料自動運輸車、物流配貨自動運輸車等。智能循跡技術主要包括路徑檢測技術、電機控制技術、智能控制技術等[1]。本文所設計的智能循跡小車采用紅外傳感器識別路徑，通過單片機控制電機的轉向、轉速，從而實現小車快速穩定的循跡行駛。
2.智能循跡小車工作原理及硬件設計
2.1 智能循跡小車原理
本設計中，小車在白色地板上沿2CM（略大于兩個光電管的間距）寬的黑線循跡。小車前端均勻安裝五個光電傳感器，從左到右依次為SEN1，SEN2，SEN3，SEN4，SEN5實時監測黑線位置，并將監測結果輸送給單片機的P2口。SEN3主要用來監測黑線路徑；SEN2、SES4分布于黑線兩側，監測是否發生偏離；SNE1、SEN5用于檢測左右轉向。AT89C52根據監測到的路況信息，通過P1口輸出信號給電機驅動芯片L298，通過PWM波調整左右直流電機轉速、轉向，實現小車的智能循跡[1]。
2.2 硬件設計
本文基于模塊化設計，主要包括電源模塊、循跡模塊、單片機控制模塊、電機驅動模塊?？刂颇K以AT89C52為核心，循跡模塊選用5個紅外反射式光電傳感器，電機驅動模塊選用L298驅動兩個直流電機。原理框圖如圖1所示。
3.主要功能模塊設計
3.1 電源
系統采用12V電源，經集成穩壓器件LM2576-5.0得到5V電壓給單片機供電。LM2576-5.0工作效率高，抗干擾能力強，具有3A的帶負載能力。通過穩壓電源7812給電機驅動器L298供電。電源電路如圖2所示。
3.2 循跡模塊
循跡模塊由5個采用RPR220光電發射接收一體式傳感器組成。RPR220是一種反射式光電探測器，發射器是一個砷化鎵紅外發光二極管，接收器是一個高靈敏度硅平面光電三極管。當二極管發出的光反射回來時，接收端三極管導通，反之三極管截止。為了增強輸出端波形的穩定性，防止單片器誤判，采用比較器LM393對輸出信號進行調整。當檢測到黑線時，由于大部分的光線被吸收，反射回來的很少，三極管截止，端口3為高電平，經比較器LM393比較后，端口1輸出高電平；當檢測到白線時，大部分的光線被反射回來，三極管飽和導通，端口3為低電平，經比較器LM393比較后，端口1輸出低電平。因此可以根據輸出端1的高低電平判斷是否沿黑線行駛。電位器RV1用來調整不同室內光線下黑線的檢測閾值[2]。單個檢測電路如圖3所示。
3.3 電機驅動模塊
選用L298直接驅動兩個直流電機，ENA、ENB、IN1、IN2、IN3、IN4六個控制端接單片機的P1口。ENA，ENB作為PWM波輸入端，用來調整電機的轉速，電機轉速與占空比成正比。IN1、IN2控制電機的M1的正反轉及停止；IN3、IN4控制電機M2的正反轉及停止[3]。電機驅動模塊如圖4所示。
4.軟件設計
本設計根據循跡需要，編寫了延時、定時器中斷、向左/右微調、左/右轉向、直走等程序模塊。調速在定時器中斷中進行。循跡時檢測到SEN1=1時向左轉；SEN5=1時向右轉；SEN2=1時向左微調；SEN4=1時向右微調；都為1時（即終點）停止；其他情況直行。程序流程圖如圖5所示。
5.小結
本設計在室內白色地板上粘上黑色車道，對小車進行了測試。測試結果表明，小車在直道上具有很好的穩定性，可以沿黑線高速行駛，在彎道上，只要控制好車速，小車可以平穩運行。
參考文獻
[1]莊乾成.簡易自動尋跡小車控制器設計[J].電子質量，2011（7）：41-43.
【關鍵詞】智能小車；路徑記憶；硬件設計
1.引言
隨著電子技術、計算機技術和制造技術的飛速發展，消費電子產品越來越呈現出光機電一體化、智能化、小型化等趨勢。各種智能小車在新興產業鏈中也占據著一席之地，此類具有自我判斷與應急能力的智能小車在搶險救災、智能汽車、智能家電以及考古等領域有著廣泛的應用。它能夠到達人類所不能涉及的區域，這樣應用的優勢在于拓展人類的活動范圍、控制領域，也避免了讓人類直接暴露在某些危險的區域中。因此智能小車的研究具有深遠的意義和發展空間。
無人駕駛的電動車可以應用于搶險、救災等人力不能達到的危險區域的探測。當發生如火災、有毒物質泄漏、輻射等災難時，人們往往要冒著生命危險或者根本就無法進入這些災難現場以了解災情，因此需要一種探測車來代替人們完成任務從而減少和避免人員的傷亡。探測車在失去無線遙控信號且又無法前進時，探測車能按原路徑返回，因此有簡單的路徑記憶功能。
2.系統總體硬件方案設計
系統硬件部分設計主要包括紅外對管模塊，霍爾模塊，電機驅動模塊，顯示模塊，單片機最小系統模塊等。其中紅外對管模塊和霍爾模塊為信號采集端，單片機接受信號進行處理，然后做出反應，利用電機模塊控制小車行駛，LED顯示模塊顯示小車的行駛狀態。系統硬件框圖如圖1所示。
3.系統總體軟件方案設計
系統軟件總設計[4]可由主函數來體現，主函數實現了對各個子函數的調用，依次為PWM控制函數pwmkz（uint a，uint b），小車前進函數qianjin（），霍爾函數lucheng（），LED顯示函數xianshi（），包括模式2中的記憶行駛函數jiyi（）。系統主函數主要流程如圖2所示。
4.硬件模塊具體設計
4.1 最小系統設計
4.1.1 單片機介紹
本設計中采用AT89S52單片機[2]為主控芯片，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在線系統可編程Flash存儲器。AT89S52具有以下標準功能：8k字節Flash，256字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，把一些重要的程序保存下來。
AT89S52單片機的指令系統與8051系列單片機指令系統兼容，在熟練掌握C51編程環境后編程比較方便，簡練。AT89S52單片機存儲容量和速度方面均符合設計要求，在實際應用上也已經很成熟，并且電路設計簡單、經典、芯片價格低廉，適合使用。其引腳分配如表1所示。
4.1.2 單片機接口電路設計
單片機設計使用時需要將其引腳外接到插針上以便利用杜邦線將硬件模塊與單片機引腳相連接。單片機接口原理圖[1]如圖3所示。
4.2 電機驅動電路設計[4]
L298驅動電路前面加上TLP521光耦隔離，電路簡單易懂。通過改變I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可對電機進行正反轉控制(如表3所示)，改變PWM的值，就可實現速度的調節。本設計采用的電機專用驅動芯片L298。L298可用來驅動繼電器、線圈、直流電機和步進電機等感性負載，設計中利用它來驅動小車的直流減速電機。L298的額定電壓為12V，最小4.5V，最大可達46V，試驗中給定電壓為6V；電流可達4A，持續電流為2A。L298芯片有四個通道，可控制小車前輪后輪，正轉反轉，其引腳輸入情況與小車運行的對應關系如表4所示。
4.3 LED顯示電路設計
用八個共陽數碼管顯示行駛的時間和路程，數碼管的數據端口通過P0口傳輸數據。74LS138譯碼器的輸入數據端口由P2.5，P2.6，P2.7控制，為000-111八個數據。位選段口通過74LS138譯碼出八個地址，選擇八個數碼管。若X0為低電平，則Q1導通，U1數碼管的0位被選中，顯示當前P0中的值。顯示時間在低四個數碼管，顯示路程在高四個數碼管。
4.4 紅外對管巡線設計
采用RG5000型紅外對管光電傳感器完成系統循跡。RG5000利用黑線對紅外線反射不強的原理，實現對黑線的檢測。此紅外對管調理電路簡單，工作性能穩定。RG5000的最佳測量范圍是1-9mm，將RG5000安裝在小車車頭的下面，貼近地面尋找黑線。RG5000用以實現小車沿著場地的黑色弧形引導軌跡行進，使小車不偏離軌道行駛。
小車采用五個RG5000巡線，如果RG5000測量到黑線，那么它返回高電平，這時候我們就需要調用程序，進行不同的調整，使小車沿著黑線行駛。它的原理圖可以分為巡線過程和處理巡線信號過程。紅外對管電路原理圖如圖3.4.2所示，紅外對管檢測路面情況，及時將信號輸出。
4.5 霍爾模塊設計
所謂霍爾效應，是指磁場作用于載流金屬導體、半導體中的載流子時，產生橫向電位差的物理現象。當電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側面會出現橫向電位差，此電位差約為0.7V。所以霍爾電路的設計原理就是應用此原理，霍爾電位差信號輸入到LM393比較器3腳輸入端與比較器2腳的電壓值進行比較后1腳輸出，接至單片機P33口(外部中斷)。使用時霍爾檢測車輪磁鋼后產生電平變化，觸發單片機中斷計數，數值計算后即達到路程測量的功能。
小車采用霍爾元件，如果霍爾元件測量到磁鋼，那么它返回高電平，這時候就產生外部中斷，觸發中斷函數，在中斷函數中，記錄路程的變量加一，這樣在調用路程函數的時候，就能夠根據走過的圈數，計算得出行駛的路程。
5.功能軟件設計
軟件功能框圖如圖4所示。
軟件功能框圖，包含以下幾部分：主函數，記憶行駛函數，巡線行駛函數，PWM控制函數，路程測量函數，顯示函數，中斷函數等幾部分，其中主函數主要調用巡線行駛函數，記憶行駛函數，路程測量函數，顯示函數；記憶行駛函數和巡線行駛函數主要調用PWM控制函數；PWM控制函數中用到中斷處理函數；顯示函數中的時間也調用中斷中計算的時間。
6.結束語
通過此次研究，學到了很多知識。包括基本熟悉學校新購買的制板機的制板流程及原理，制作出電路板。在研究中，可以熟練地運用Protel工具設計原理圖和PCB圖，對Protel的了解更近了一步。更加熟悉了Keil軟件的應用，鍛煉了邏輯思維，能夠考慮到程序執行的各個可能情況。雖然這次研究的還是不夠理想，但是可以相信，在以后的學習工作中，能夠做的更好。通過此次研究，學會了處理問題的方法，相信以后會運用的更好。
參考文獻
[1]李東生,張勇,許四毛.Protel 99SE電路設計技術入門與應用[M].北京:電子工業出版社,2006.
[2]趙德安等.單片機原理及應用[M].北京:機械工業出版社,2004,9.
[3]黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統設計[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.
【關鍵字】智能車，嵌入式，傳感器
一、系統硬件的結構
該智能車系統采用STC 51系列單片機為檢測和控制核心；以紅外傳感器為路徑檢測傳感器，自動檢測跑道上的黑線；并根據采集到的黑線信息，通過軟件對小車進行行車軌跡和速度的控制，再通過速度反饋小車的位置，實時監控調節智能車的行進狀態，設計的整體結構框圖如下：
硬件系統是智能車中除機械結構以外的另一個重要的部分。是智能車系統可靠、穩定運行的基礎。簡單、合理而抗干擾能力較強的電路對于電子系統運行的穩定、控制的精度都有著直接的影響。本系統硬件結構主要有S12控制核心、電源管理模塊，路徑識別模塊、車速檢測模塊、顯示模塊、轉向舵機控制模塊和直流電機驅動模塊組成。
從該結構圖中可以看出，系統的軟件模塊主要有：
1、單片機系統的初始化，包括單片機系統時鐘的初始化、ATD模塊的初始化、PWM模塊的初始化、增強型時鐘模塊的初始化，還有一些輸入輸出口的初始化；
2、光電信號的采集：通過對紅外接收管接收道路反射的紅外光后產生電壓的變化，采集到了有效的智能車位置信號。
3、光電信號的處理：將采集到的電壓信號存儲在單片機中，通過對光電信號的分析和判斷來識別路徑，判斷黑線中間位置，判斷道路是直線還是曲線，以及通過計算判斷出曲線的斜率，從而進一步的控制舵機的轉角和驅動電機的轉速。
4、舵機轉角的控制和電機轉速的控制；通過控制PWM的信號輸出可以實現對舵機轉角和輪速的控制。
5、霍爾輪速傳感信號的輸入：通過對輸入信號的捕捉和計算實現對驅動電機的轉速的測算。
二、智能車軟件的設計
光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構成它們分為：發送器、接收器和檢測電路。
發送器對準目標發射光束，發射的光束一般來源于半導體光源，發光二極管（LED）、激光二極管及紅外發射二極管。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。此外，光電開關的結構元件中還有發射板和光導纖維。三角反射板是結構牢固的發射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。
結論：自20世紀90年代中期以來，智能電子產品在汽車中的應用越來越廣泛，已迅速發展為汽車綜合電子控制技術。它以大規模集成電路和控制器局域網為特征，包括單片機、靈巧的電源及智能的傳感器，它運用計算機網絡和通信技術，既能將原來有限的綜合性電子控制系統擴大成汽車整體綜合控制系統，又可與汽車外部道路、交通、通信條件聯結起來，是汽車成為智能交通系統或智能道路系統的一部分。
通過本次智能車系統的設計對汽車電子設計有了總體的理解，嵌入式開發技術將會促進汽車電子領域向前高速發展，軟件和硬件的完美結合需要汽車電子工程師用心去探究和實驗。由傳感器到控制電路再到執行部件是整個智能控制系統的核心流程。我們應該繼續努力探索設計好控制電路使傳感器傳出的信號有效的控制好執行部件，使整個系統的可靠性、穩定性、靈敏度等得到更有效的提高。
參考文獻：
[1]《傳感器應用設計300例（上冊）》【M】_張供潤編，北京航空航天大學出版社，2008
關鍵詞：ATmega16;智能AGV小車;循跡傳感器
0 引言
科學技術迅速發展，人工智能系統開發研究受到廣泛關注。智能AGV小車在倉儲業、制造業、危險場所和特種行業有廣泛的應用前景。譬如在一些汽車領域，如雪佛蘭、豐田等汽車廠配線上有廣泛的應用，經過使用了AVG作為載運工具裝配線后，減少裝配時間和故障率。本系統基于AVR單片機智能AGV小車控制系統研究，能夠自動識別前方道路、障礙物檢測等功能。
1 控制系統總體構成
通過循跡傳感器確定小車按照規定的軌跡行駛，光電傳感器檢測前方道路障礙物，超聲波傳感器測量小車行駛的距離，通過傳感器檢測到的數字信號送入單片機，單片機通過處理電機驅動實現智能小車的左右，前進，并進行前方障礙物檢測和測量行駛距離，結果會顯示在智能小車上。
<D：＼123456＼中小企業管理與科技?下旬刊201511＼1-297＼159-1.jpg>
圖1 系統結構框圖
2 控制系統硬件組成與實現設計
2.1 系統主控制模塊
該芯片不僅功耗低，性能也高，運行速度快，而且擁有8位AVR微處理器，32個8位通用工作寄存器，16KB的系統內可編程Flash，內存量大，還擁有上電復位以及可編程的掉電檢測功能，支持擴展的片內調試功能，32個可編程I/O口，而且功耗小。
2.2 系統電機驅動模塊
電機驅動芯片主要對智能AGV小車速度和方向起到一個控制的作用，速度控制采用ATmega16單片機定時中斷法產生PWM方波控制速度，方向采用H橋式電路進行電機正轉、反轉控制。速度和方向同時控制采用專用的電機驅動芯片，例如L298N、L297N、AQMH2407等電機驅動芯片，電路具有抗干擾能力的問題，于是我們在考慮芯片鏈接、驅動等問題就可以迎刃而解。
2.3 系統輸入模塊
2.3.1 循跡傳感器
智能AGV小車的行進軌跡的檢測是采用循跡傳感器，采用TCRT5000反射式傳感器的紅外發射二極管不斷發射紅外線，紅外接收管在發出的紅外線沒有被反射回來或者反射強度不夠大時候，它會一直處于關閉狀態，此時輸出的模塊為高電平，二極管會一直處于熄滅狀態;紅外線被反射回來且強度足夠大，紅外接收管飽和，此時模塊輸出端為低電平，二極管被點亮。
2.3.2 光電傳感器
系統采用光電傳感器也叫光電開關來檢測智能AGV小車行進軌跡上的障礙物，光電開關上三根不同顏色的線，紅色接4.5-5V電源，黃色接單片機。
2.3.3 超聲波傳感器
針對檢測AVG小車的形式距離，我們采用的是超聲波傳感器來檢測。HC-SR04超聲波檢測行駛距離精度可達3mm。我們采用IO口TRIG測距，給最少10us的高電平信號，通過檢測是否有信號返回，如果有信號返回，則可以通過輸出的一個高電平信號，信號持續的時間越長說明超聲波從發射到返回的時間越長。
3 控制系統軟件設計
軟件設計通過C語言編程，完成檢測信息的處理和分析，并發出相應的控制指令，改變智能AGV小車的行進方向，其控制流程如下：
首先，電機的驅動流程，利用ATmega16定時1中斷法產生PWM方波，利用PB0、PB1、PB2、PB3控制電機的正反轉，從而可以控制智能AGV小車的前進、后退、左轉、右轉。
其次，初始化系統，小車行駛過程中是否有障礙物，檢測有障礙物時，PD7口輸出低電平，單片機檢測到信號之后判斷左轉或者右轉，無障礙物時保持原來速度繼續前進。
最后，利用三塊循跡傳感器放在小車的前下方，尋找小車的行進軌跡，單片機檢測到小車信號為111，小車前進;檢測到信號為110，小車右轉;檢測到信號為011，小車左轉。
4 結論
本文主要是基于AVR單片機和傳感器技術原理，以ATmega16單片機為主控芯片，采用L298N為驅動元件，通過硬件設計和軟件編程制作了一套完整、功能模塊化、反應較為靈敏的智能AGV小車控制系統。經過對該智能AGV小車進行檢測測試，實驗結果證明該智能AGV小車能很好完成循線、避障、測距功能。
參考文獻：
【關鍵詞】單片機 密碼鎖 智能避障 遙控小車
1 引言
近年來，隨著計算機和電子技術的高速發展，具有智能化的機器、智能小車得到了廣泛的應用。目前智能遙控小車設計種類繁多，如采用STC89C52單片機、電機驅動電路、無線遙控器及液晶設計而成，在有障礙物的情況下利用無線遙控器實現20米內的無線遙控，控制小車的各種運動等功能。本設計采用運行速率更高的ATmega16單片機和AT89S52單片機作為無線遙控小車的主芯片，通過添加電子密碼鎖、超聲波避障、對地避障等模塊，在利用編碼和解碼等技術的基礎上，設計出具有密碼保護、智能避障等功能的無線遙控小車。
2 電路設計的主要內容
本設計是基于ATmega16和AT89S52單片機控制的無線遙控小車系統，其原理如圖1所示。整個無線遙控小車系統的制作過程包括：硬件設計、軟件設計、焊接和調試。在整個無線遙控小車的系統中，使用電子密碼鎖作為供電系統的總開關，通過無線遙控控制小車運動。
3 遙控小車的硬件設計
本設計利用ATmega16單片機作為主控芯片把各個獨立的模塊連接起來；驅動模塊設計采用L298N驅動芯片+光電耦合器來實現智能驅動；利用發射電路（震蕩電路和放大電路）+接收電路（濾波電路與解調電路）來實現無線遙控；同時加入LM393控制芯片，利用光敏電阻對于光的敏感作用，實現當小車進入到黑暗區域時自動進行照明，從而實現了照明的自動控制。在此基礎上，通過添加密碼保護模塊和智能避障模塊來進一步拓展小車的功能，以此來實現密碼保護和對地精確避障的功能。
3.1 密碼鎖設計模塊
在密碼鎖電路中，通過密碼的正確輸入打開電源總開關給整個遙控小車的系統供電，并且其具有密碼重設、報警、輸入密碼錯誤鎖定等功能。此電路包含AT89S52的最小系統部分、1602LCD的顯示部分、蜂鳴器報警部分、繼電器控制部分。此電路系統中，以矩陣鍵盤作為輸入設備，使用AT24C02進行密碼的存取（包括：保存密碼數據和讀取密碼數據），并且外接1602LCD用于密碼顯示，使用繼電器作為供電系統總開關的控制器件。
3.2 測距模塊設計
在設計中，使用CX20106A和HD74LS04芯片，通過利用超聲波的發射、反射和接收來實現避障。它由單片機發出一個40KHz的脈沖，通過超聲波探頭向外發射超聲波，然后利用超聲波的反射來實現距離的測量，同時定時器開始計時，記錄單片機從發出到接收到信號所需的時間。根據公式d=S/2=（C×T）/2計算出障礙物距離超聲波發射點的距離d ，將此距離與要求的避障距離對比，若實際距離小于避障要求距離，則小車停止運動實現避障功能。
3.3 對地避障模塊設計
在設計中，使用對地避障模塊能夠更好地防止小車陷入凹坑之中，導致車體的結構受損。其原理是使用紅外線進行檢測，從而探測地面與車體的距離。當地面與車體的距離大于設定的值時，小車自動停止，從而達到對地避障的效果。
4 遙控小車的軟件設計
4.1 主電路軟件設計
在遙控小車主電路的軟件設計中，主要是通過按鍵檢測的方法檢測是否有遙控信號的發出。如果接收到遙控信號，ATmega16單片機的相應IO口就會出現高電平，從而使小車執行相應的運轉。若小車在運動的過程中發生障礙物或者是凹坑等，則小車停止等待人工再次啟動，其主電路程序的設計流程圖如圖2所示。
4.2 密碼鎖電路軟件設計
在整個密碼鎖電路軟件的設計中，首先，給AT24C02芯片寫入密碼鎖的初始代碼“123456”，進行16023LCD的初始化，以及清除1602LCD顯示屏幕的所有顯示。其次，對1602LCD字符型液晶寫入字符串“welcome！”。并且進行矩陣鍵盤的按鍵掃描，等待輸入密碼按鍵和修改密碼按鍵按下。最后，在密碼輸入正確的條件下，打開繼電器，整個小車的供電系統開啟。同時，此密碼鎖還具備輸入錯誤報警、輸入密碼位數過多報警等功能。密碼鎖電路程序的設計流程圖如圖3所示。
5 遙控小車的制作流程及調試
5.1 制作流程
首先利用繪圖軟件Altium designer 6.9繪制電路的原理圖以及PCB圖：然后利用打印機與轉印紙打印電路板圖紙以及制作電路板；接著根據電路設計的原理圖對元件進行放置并進行焊接；最后通過萬用表等儀器進行電路導通性能的檢測，檢查無誤后將各個模塊連接起來。通電后，檢測電路的性能是否符合設計的要求。檢測合格后組裝無線遙控小車的各個模塊，制成成品（如圖4所示）。
5.2 調試過程
對無線遙控小車系統電路的調試主要分為硬件部分與軟件部分。硬件部分的調試包括檢測各個模塊的電路硬件的焊接是否正確、硬件是否有損壞、各個模塊的電路是否符合設計要求、各個元件之間的連接是否正確和是否符合電路設計的規范等；軟件調試包括使用Keil C51/ICCAVR軟件把編寫好的程序進行測試語法是否有誤，以及檢查結構是否正確，同時還要注意軟件與硬件的對應，再加載到單片機中進行軟件性能的測試。
通過對小車的硬件和軟件進行測試，相比先前一些無線智能遙控小車，在具備一般的如避障、測距和各種行駛的功能之外，還具有密碼保護和智能避障等特色。
作者簡介
夏雄平（1979-），男，湖南省婁底市人?，F為桂林理工大學理學院博士、副教授。研究方向為光學。
關鍵詞：Android 手機APP 藍牙通信 智能小車
中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0027-02
隨著移動互聯網的快速崛起，手機客戶端應用軟件（Application，簡稱APP）為代表的智能終端應用的快速普及，給人們的工作和生活帶來了更多的便捷，也加快了物聯網的發展步伐[1]。Android系統作為手機的主流操作系統，由于其操作性和開源性，為手機應用程序控制系統的開發提供了很大的優勢，并將各類控制系統融為一體提供了可能[2]。該文以Android手機應用程序APP為客戶端，借助藍牙無線通信技術，移動小車作為服務器端接收手機的控制信號并驅動直流電機靈活做出命令動作，小車遇到前方障礙物時，自動測量離障礙物的距離，并將實時距離值上傳手機APP顯示，當和障礙物的距離達到一定值時小車停車等待指令，具有自動避障功能。該設計為智能控制方式提供一種新的設計思路。
1 總體方案設計
該設計主要由小車和手機控制平臺組成，小車由控制器部分，直流電機模塊，超聲波測距模塊，藍牙通信模塊，電源模塊及相應的硬件電路組成，手機控制平臺是開發該控制系統的APP軟件，安裝在Android手機上，兩者的通信采用無線藍牙技術，系統結構框圖如圖1所示；系統操作流程：首先啟動手機APP控制端，由手機和移動小車上的藍牙模塊建立通信鏈接，鏈接成功后觸碰手機端的動作按鈕發出前進，后退，左右轉彎命令，移動小車接收到指令并進行分析，驅動直流電機進行相應動作，在行進過程中由超聲波模塊自動檢測前方是否有障礙物，當前方有障礙物時將測得障礙物的距離數值通過藍牙模塊上傳至手機APP端實時顯示，距離值超過20 cm時，移動小車停車等待手機指令，做到自動避障。為了保證小車的穩定性，采用四輪驅動，系統的控制范圍在0～10 m之間。
2 硬件電路設計
移動小車硬件電路主要單片機最小系統電路，電機驅動電路，藍牙模塊電路，超聲波測距電路和電源電路組成；單片機最小系統電路包括控制芯片，時鐘電路，復位電路，控制器采用STC89C52芯片，STC89C52是STC公司生產的一種低功耗，高性能的COMS8位微控制器，8K字節FLASH，512字節RAM，32位I/O口，3個定時器/計數器，4個外部中斷，全雙工串行口，滿足系統需求；時鐘采用內部時鐘，晶振規格為11.0592 MHz，機器周期為1μs；復位電路采用手動按鍵復位，將各元器件各引腳數值恢復到初始狀態[3-4]。
2.1 電機驅動電路
該系統采用4WD電機驅動，采用雙L298N芯片驅動，雙L298N由兩個大功率的L298N芯片組成，能提供8路最大2 A的電流輸出，供電電壓0～24 V，能夠獨立驅動4個直流電機，采用標準TTL邏輯電平信號控制；具有四個使能控制端和四組邏輯控制輸入端，分別控制四個電機的轉動；采用6 V電源為該電路供電，值得注意的是驅動電路的GND端要和單片機的GND共地。
2.2 超聲波測距模塊
該模塊利用超聲波的發射到接收的時間差來檢測障礙物和計算障礙物距離，超聲波測距模塊選用HC-SR04芯片，探測距離2～450 cm，感應角度不大于15°，測距精度可達高到3 mm；模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。芯片TRIG端口加上大于10 us高電平來觸發測距功能，然后在ECHO端口等待高電平出現，一有輸出開定時器計時，當ECHO端口變為低電平時讀取定時器的值，該值就是由開始發送超聲波到接收到返回超聲波時間之和。故可以得到距離=高電平持續時間×聲速/2 ，如此不斷測量前方障礙物距離。
2.3 藍牙通信模塊
該模塊的主要功能是完成手機APP和控制器之間數據和命令的傳輸，手機內置的藍牙為主機，移動小車的藍牙模塊作為從機，主機發起呼叫，尋找附近{牙設備，和從機配對成功后，主機從兩端可以傳輸數據。
藍牙模塊選用HC-06芯片，該芯片的RXD，TXD端口為接收和發送端，其中RXD端口負責接收外來數據，芯片接口電平3.3 V，可以與控制器STC89C52的TXD端口直接相連，通過該接口STC89C52將需要發的數據傳給HC-06；通路芯片的TXD端口可以和STC89C52的RXD相連接，負責向控制器傳遞數據。
2.4 電源部分
系統電源采用干電池供電，小車單片機外接3節1.5 V的干電池供電，由于藍牙模塊配對后的電流約為8 mA，超聲波模塊的靜態電流大約為2 mA，不大于單片機允許的最大電流，該電源可同時為藍牙模塊和超聲波模塊供電；電機驅動部分外接4節1.5 V干電池供電。
3 軟件設計
3.1 主控程序設計
主控程序采用C語言針對單片機開發，首先程序參數初始化，觸發超聲波模塊開始工作，檢測藍牙模塊相連接的串口是否有命令輸入，如有進行命令解析，跳轉到不同的子程序驅動電機動作，否則一直在循環檢測，運行中超聲波模塊檢測到前方有障礙物，程序計算距離值并發送至串口，如果距離值小于20 cm，觸發中斷，調用停車程序，等待用戶指令輸入[5]。
3.2 手機APP程序設計
手機APP的開發采用APP Inventor在線開發平臺，APP Inventor是由谷歌公司和一些程序愛好者聯合開發的一款完全開放源代碼的在線開發的Android編程環境，使用邏輯模塊和界面設計就能完成用戶Android程式針對控制要求，操作性強易開發[6-7]。該設計手機APP主要任務是：（1）界面設計；（2）藍牙通信和后臺邏輯程序設計。
首先在開發平臺上“新建項目”，填寫項目名稱，系統會自動建立一個應用工程，在Screen工作面板添加相應的控件并進行布局，其中五個按鈕分別為前進、后退、左轉、右轉和停止按鈕，一個列表選擇框用來顯示附件藍牙設備地址，兩個標簽顯示障礙物距離值和連接狀態，并添加藍牙客戶端控件。藍牙客戶端的通信協議和HC06的通信協議設置一致， “搜索設備”按鈕搜索手機附近已開啟的藍牙設備，配對成功后，五個運動按鈕可用，同時藍牙客戶端將接受的數據在距離標簽中顯示。
4 實驗測試和結果分析
（1）在開闊平整的場地，給小車上電，啟動手機APP，點擊“搜索設備”按鈕，程序顯示可匹配的設備的地址，選擇HC06藍牙地址，進行配對，配對成功后觸碰命令按鈕，小車按照命令正常行駛，小車前方障礙物距離值實時更新顯示，小車運行圖和手機APP控制界面如圖2所示。
（2）小車前方范圍內放置障K物，當小車運行接近障礙物距離至20 cm左右時，小車停車，手機APP上只有“后退、左轉、右轉”按鈕可用。
（3）受到制作工藝和環境等因素影響，小車測距存在4 cm左右的誤差，小車遇到避障物停車時的距離值的誤差在4～6 cm之間。
5 結語
該設計基于Android手機APP，通過藍牙通信技術，控制移動小車的運動以及實現避障功能的軟硬件設計。實驗結果表明，小車可以接收手機APP命令并靈活地實現前進、后退、左右轉彎功能，小車檢測前方障礙物并實時發送與障礙物距離值，做到了自動避障，達到了預期的設計效果，為智能控制方式提供了一個范例，并為智能家居控制以及物聯網的應用提供了一定的依據。
參考文獻
[1] 劉敏.智能手機APP應用前景及發展瓶頸探析[J].電子技術與軟件工程，2015（10）：69.
[2] 聶茹.基于Android 手機藍牙控制的智能小車設計與實現[J].微型電腦應用，2015，31（9）：68-69，74.
[3] 張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2010.
[4] 何立民.單片機應用系統設計[M].北京：北京航天航空大學出版社，2009.
[5] 譚浩強.C程序設計[M].北京：清華大學出版社，2009.
采用的技術主要有：
（1）通過編程來控制小車的速度；
（2）傳感器的有效應用；
（3）新型顯示芯片的采用.
關鍵詞 80C51單片機、光電檢測器、PWM調速、電動小車
Design and create an intelligence electricity motive small car
Abstract
80C51 is a 8 bit single chip computer. Its easily using and multi-function suffer large users. This article introduces the CCUT graduation design with the 80C51 single chip computer. This design combines with scientific research object. This system regards the request of the topic, adopting 80C51 for controlling core, super sonic sensor for test the hinder. It can run in a high and a low speed or stop automatically. It also can record the time, distance and the speed or searching light and mark automatically the electric circuit construction of whole system is simple, the function is dependable. Experiment test result satisfy the request, this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyze.
The adoption of technique as:
(1)Reduce the speed by program the engine；
(2)Efficient application of the sensor;
(3)The adoption of the new display chip.
Keywords 80C51 single chip computer, light electricity detector, PWM speed adjusting, Electricity motive small car
目 錄
第一章 前 言1
第二章 方案設計與論證3
一 直流調速系統3
二 檢測系統4
三 顯示電路9
四 系統原理圖9
第三章 硬件設計10
一 80C51單片機硬件結構10
二 最小應用系統設計11
三 前向通道設計12
四 后向通道設計15
五 顯示電路設計17
第四章 軟件設計20
一 主程序設計20
二 顯示子程序設計24
三 避障子程序設計25
四 軟件抗干擾技術26
五 “看門狗”技術28
六 可編程邏輯器件29
第五章 測試數據、測試結果分析及結論30
致 謝31
參 考 文 獻32
附錄A 程序清單33
附錄B 硬件原理圖41
部分參考文獻
3 何希才,新型實用電子電路400例,電子工業出版社,2000年,60～65
【關鍵詞】藍牙小車 智能追蹤 L298N驅動電路 追蹤小車
1 系統設計
本設計采用STC12C5A60S2單片機作為控制核心，使用兩個低功率直流電機為輪子提供動力，附加電機驅動電路，藍牙模塊和單片機串口連接和下載電路，智能追蹤檢測電路等構成整個系統。無線遙控小車是由手機藍牙發出指令給藍牙模塊，然后藍牙模塊將指令利用串口發送給控制系統實現小車前進，后退，左右轉。智能追蹤則是采用紅外光電對管檢測黑線，經過LM339電壓比較器比較之后輸出高低電饋給控制系統，從而調節電機速度，并用PWM技術實現左右輪子速度的微調，實現小車智能追蹤。系統總圖如圖1所示。
1.1 硬件及電路
無線藍牙智能追蹤小車是由單片機最小系統，直流電機驅動電路，追蹤電路等部分組成。
1.2 單片機最小系統電路
該電路是本設計的大腦，采用國產宏晶科技生產的STC12C5A60S2單片機作為控制系統。
利用P3口的第二功能串口傳輸功能，藍牙模塊的輸出端與單片機的10引腳P3.0和11引腳P3.1連接，通過串口協議向單片機發送指令。藍牙模塊的TXD與單片機RXD（P3.0）連接，RXD與單片機的TXD（P3.1）相連，同時串行口也用來下載程序。
光電傳感器檢測地面黑線后在輸出端SEN0，SEN1，SEN2，SEN3，SEN4輸出一個高低電平信號，然后將信號通過P0.0，P0.1，P0.2，P0.3，P0.4口輸入單片機，經過處理后，由P2.0，P2.1，P2.3，P2.4，P2.5，P2.6口輸出給L298N的EN1，EN2，IN1，IN2，IN3，IN4引腳完成單片機對直流電機速度的調節和控制。
電機驅動電路：由于本設計對小車速度的要求不是很高，所以采用了小功率直流電機。系統中采用L298N芯片驅動電機，該芯片內部集成了雙橋性H橋電路，一個芯片上可以同時控制兩個電機且互不影響。每個電機由驅動芯片的EN1，IN1，IN2三個信號端控制，其中EN1是使能信號，IN1，IN2是電機轉動方向控制信號，IN1，IN2分為1，0時，電機正轉，反之，電機是反轉。同時通過調整PWM的占空比改變電機電壓的接通和斷開時間比，從而調整電機上平均電壓大小，從而控制電機的轉速。當小車偏轉或者轉向時，PWM可以控制小車輪子轉動的速度，從而使小車慢慢的改變方向。其中D1-D8為二極管，電機停止瞬間會產生一個反向電動勢，放置這些二極管即為了防止逆向電動勢燒毀芯片，起到保護芯片的作用。
追蹤電路：本設計中采用五對ITR20001型號紅外反射式光電對管對黑線進行檢測，五對紅外對管呈“一字型”等距離分布。ITR20001是一種集發射和接收一體的光電探測器，發射管是砷化鎵紅外發光二極管，接收管是靈敏度高，硅平面光電二極管。利用ITR20001紅外光電對管組成追蹤電路結構比較簡單簡單，由于ITR20001紅外光電對管發射和接收二極管有黑色保護殼包裹，所以受光照影響比較小小，工作穩定，并與電壓比較器相連構成追蹤傳感器電路。小車通電瞬間紅外光電對管就不斷地向地面發射紅外光，當紅外光遇到到白色地面產生發射，反射光被接收管接收，此時紅外接收管兩端電阻變小，電壓降低，導致與之串聯的電阻R電壓升高，經過電壓比較器之后輸出高電平輸送給單片機。當紅外光照射到黑線時，黑線吸收紅外光，導致紅外接收管接收不到紅外光，此時紅外接收管電阻變大，電壓升高，導致與之串聯的電阻R兩端電壓降低，經過電壓比較器之后輸出為低電平，然后輸送給單片機，單片機通過接收到的高低電平信號控制左右兩個輪子速度。
2 結論與結果
藍牙模塊驅動：近些年藍牙技術已經成為最成熟的無線短距離無線傳輸技術，成本低，功耗小，抗干擾好，可以靈活建立連接等優點。鑒于此，本設計以手機作為遙控器，與小車上無線藍牙模塊建立連接，并以藍牙配對連接的方式建立專用信道，實現數據傳輸。
本系統采用藍牙模塊為HC-06，事先在手機（安卓操作系統）上設計一個通信控制軟件最為控制端，只要在手機上運行該軟件，建立連接之后，按下按鈕就可以向藍牙模塊發送指令，然后藍牙模塊通過串口將指令發送給單片機，從而實現對小車的無線藍牙控制。
藍牙模塊HC-06模塊采用CSR公司芯片，遵循藍牙V2.0協議標準，可以在10米范圍內實現無線通信，藍牙模塊共四個引腳VCC，GND，TXD，RXD，可以很方便地與單片機進行串口連接，在具有藍牙通信功能的設備中使用比較廣泛。
本設計使用AT指令事先對藍牙模塊HC-06進行了初始化，設置串口波特率為9600bps。
實驗結果：按照本設計制作的無線藍牙智能追蹤小車，實際測試結果是：手機無線遙控小車長時間工作正常，從手機發出指令到小車做出相應的動作，中間不超過10ms，反應速度快，靈敏度高。小車智能追蹤時運行穩定，長時間工作中沒有偏離黑線，轉彎運行平穩，轉速可自動調整，小車整體性能穩定，沒有發生偏離黑線的情況。
結論：本文介紹了用手機遙控小車行走的硬件設計以及小車的智能追蹤功能。
