4智能避障小车系统的设计与实现

智能避障小车系统的设计与实现电子信息工程200709837王小龙罗维薇摘要本设计以单片机STC89C52为控制核心，设计实现具有避障和里程显示功能的智能小车。其主要由三部分组成：液晶显示模块、避障模块和电机驱动模块。智能避障小车分别运用直接反射式红外传感器TCRT5000和霍尔传感器3144来进行路径检测和里程计算，并将实时数据传送到液晶显示模块和单片机分别进行显示和数据处理。并用L298N电机驱动芯片控制小车的运行状态。AbstractThisdesignbasedonthesinglechipcomputerSTC89C52ascontrolcore,designacarwithobstacleavoidanceandmileagedisplayfunction.Itmainlyconsistsofthreeparts:theliquidcrystaldisplaymodule,obstacleavoidancemoduleandmotordrivermodule.IntelligenceobstacleavoidancecardetectingexternalenvironmentbydirectreflexrespectivelyinfraredsensorTCRT5000andhallsensor3144,transferthereal-timedatatoLCDmoduleandsinglechipmicrocomputertodisplayrespectivelyanddataprocessing.AnduseL298Nmotordrivechiptocontroltheoperationstatusofthecar.一、绪论1．课题背景介绍随着单片机技术的迅速发展，其控制能力越来越强大。人们利用单片机强大的控制功能设计出各种各样的系统，全国电子设计大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。本设计就是在这样的背景下提出的，设计的智能小车能够通过光电开关完成避障功能，并且可以计算和显示出小车的行驶距离。2.设计的主要内容（1）采用STC89C52单片机作为控制小车的核心器件，用收发一体的红外传感器光电TCRT5000来检测和感应外界环境。（2）用L298N驱动芯片控制电动小车的运行。（3）用霍尔传感器计算小车行驶的距离并用1602液晶显示器显示。这种方案能实现对智能小车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，可满足对系统的各项要求。二、系统的总体设计1．硬件总体设计以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用红外光电传感器、霍尔传感器，实现小车在行驶中自动躲避障碍物、测量里程等问题。并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能化控制。在本系统中，反射式红外光电传感器检测障碍物，然后将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走；通过霍尔元件测量小车行驶里程；采用L298N芯片控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯；采用1602液晶显示器显示小车行驶的路程。此系统采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能满足系统的要求，其原理图如图1所示。图1智能小车原理图图2主程序流程图2．软件总体设计在主程序模块中，需要完成对各模块接口的初始化，LCD1602的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等等待工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器，并对它们进行初始化，然后分别完成不同的操作，主程序流程图如图2所示。三、系统的具体实现1．硬件设计（1）LCD液晶显示电路图3液晶显示器连接电路（2）电机驱动电路本设计采用L298N作为电机的驱动芯片，L298N是SGS公司的产品，内部包含四通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其连接如图4所示。图4L2．软件的具体实现（1）液晶显示模块程序进入主函数后，执行完1602LCD的初始化函数，然后用write_com(0x80)指令，命令先将数据指针定位在第一行第一个字处，然后写入第一行要显示的数据；在第二行重新定位数据指针write_com(0x80+0x40)，将数据指针定位在第二行，然后再将第二行所要显示的数据写入，继而显示。（2）里程计算程序设车轮转动了N次，智能小车车轮的半径为R，则里程S为：S=N×2π×R。四、系统测试及总结1．测试（1）测试仪器测试仪器包括数字万用表、MCS51仿真机、直流稳压电源等。 （2）测试结果在程序烧入完成之后，将智能小车放在如图5所示的迷宫入口处，小车根据光电开关等装置发送和接收的信息，基本在距墙面12mm处能够躲避障碍，最终顺利地走出迷宫。2．实物图图5智能避障小车实物图3．结论本次设计的智能小车能够显示智能小车行驶的路程，能够控制智能小车避开障碍物或走出迷宫。但是由于自己的能力有限，本次设计还存在许多不足之处。如：不能控制小车行驶的速度、小车的转弯速度较慢、红外传感器的检查距离过短仅有12mm。希望今后有机会再对此设计进行改进。参考文献[1]潘晓宁.单片机程序设计实践教程.北京：清华大学大学出版社,2009[2]江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选.北京：清