基于单片机的智能小车设计

　　【摘 要】随着科学技术的发展，人们对自动化要求提高，其中无人驾驶智能车辆已经是一个典型的代表。本文将设计一个能自动完成一些寻迹避障功能的智能小车。本设计以51 单片机为总控制中心，采用单元模块化[1] 的设计思想，通过红外传感器实现小车的自动寻迹避障功能。设计使系统速度响应快、性能稳定、电路结构简单。此外该智能小车的系统结构相对简单，性价比高，方便推广移植，具有相当广阔的应用前景。

　　现代电子科学技术和计算机科学技术的飞速发展，改变了人类的生活方式。近些年来机器人的智能水平不断得到提高，并且迅速地改变着人们的生产和生活方式。

　　在当今电子科学技术与计算机科学技术飞速发展的今天，人们对自动化要求越来越高，其中智能车辆已经是一个典型的代表，智能小车完全可以在一些不适合人工作业的危险环境下代替人工做一些比较危险的事情。本设计集成了寻迹与避障两者的功能，具有非常重要的应用价值，在一些工厂中的危险车间里使用该智能小车的话，既可以保证人们的身体健康，还不会带来严重的经济损失。

　　一、硬件设计方案

　　（一）基本设计思路

　　基于单片机的智能小车的硬件设计主要由以下几个模块构成：单片机控制模块、寻迹模块、避障模块、电机驱动模块。

　　具体过程：单寻迹模块与避障模块将检测到的信息发送给单片机控制中心，单片机得到寻迹避障模块发送的信息后对数据进行处理与解析，然后将处理好的信号发送给控制电机转动的电机驱动模块，电机驱动模块再去控制小车的左右电机的运动状态，进而控制整个小车的运动状态。

　　1、单片机控制模块

　　单片机控制模块是整个寻迹小车系统的核心，用来对所采集的数据进行处理，以及控制各个模块之间相互协调工作。

　　本设计采用51系列的单片机，51系列单片机的资源比其他单片机的资源要多一些，I/O引脚使用方便，其功能十分完备，使用得心应手。

　　2、电机驱动模块

　　电机驱动模块的核心就是L9110芯片[2]，该芯片有以下特点：其工作电流比较低；其电源电压的范围比较宽，为 2.5V～12V；具有较低的饱和压降的特点；L9110的主要功能就是将来自单片机的控制信号施加到电机上从而控制整个小车的行驶。OE表示E路输出引脚；OF表示F路输出引脚；IE表示E路输入引脚；IF表示F路输入引脚；VCC表示电源接入引脚；GND表示接地引脚（地线）。

　　3、寻迹模块

　　寻迹模块采用红外线探测的方法，根据红外线反射能力的强弱随颜色的不同而不同这一原理设计。单片机接收到寻迹模块发过来的信号后，作出输出相应处理并发出相应的信号来控制小车的行驶状态；如果遇到黑颜色的地面红外线被吸收，接收管则接收不到信号，小车照常行驶。

　　4、避障模块

　　避障模块由2个红外传感器[3]构成，分别位于车体的前方和后方。分别用来探测前后两个方位是否存在障碍物，然后将信息反馈给单片机控制模块，从而调整整个车体的运动状态。

　　二、软件设计方案

　　智能小车软件设计采用模块化设计的思想，通过c语言来编写计算机系统程序，编程者无须明白具体的计算机内部结构和指令。

　　寻迹模块工作时，单片机内的处理器不断扫描单片机控制模块与寻迹模块之间的接口，检测判断是否有信号输入，如有信号输入则单片机就做出相应的处理，并传送给电机从而控制电机转动状态，进而控制小车的运转状态。避障模块根据避障模块中的发射管发射出一定频率的红外线，接收管负责接收反射回来的通过物体反射的红外线，能够反射光线的物体均能检测到反射回来的红外线。当避障模式启动后，避障模块的传感器会发出红外线来探测前方是否有障碍。

　　三、总结与展望

　　该智能小车通过寻迹避障模块对黑线和障碍物探测与信号处理，将信号返回到单片机中，在单片机内部将信号进行数据处理后，将处理后的信号通过发送给电机驱动模块，由电机驱动模块来控制小车的左右电机的运动状态，从而完成寻迹或者避障的功能。该智能小车依旧存在以下一些缺陷：譬如避障模块的红外探测传感器对不同颜色障碍物的分辨能力不强；系统设计不够优化，抗干扰的能力比较差，此方面有待改善。本设计采用了模块化的思想理念，各模块的独立性强，性能稳定。经过测试，该智能小车可以很稳定地完成寻迹、避障的功能。而且该智能小车经过合理地完善以及进一步优化之后，可以应用于工厂的车间里，或者城市、学校、景点等地方的观光车，具有很实际的应用价值。