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基于AT89S52单片机的智能小车设计

摘 要

作为一种新型的智能化现代发明，是当今和未来的发展方向，在汽车自动驾驶技术、汽车智能交通系统、科学探索等方面发挥了非常重要的作用。介绍了该车智能避障跟踪速度设计的典型实例。由于社会科学技术和经济等相关方面汽车的快速发展，交通运输业不断蓬勃发展，交通运输量大幅度增加。直接或间接导致交通事故的频繁发生，交通拥堵每月都变得越来越令人担忧，世界上每时每刻都在不断发生，造成不可估量的经济损失和不可避免的人员伤亡。因此针对这种情况，设计一种高效、成熟的智能自动控制系统具有重要的现实意义和科学价值理论。同时，由于地震、泥石流、滑坡等自然灾害造成人员伤亡，智能车的追踪器功能对生命活动的探测也有一定的作用。本论文的内容是设计的AT89S52智能避障芯片，该芯片具有跟踪速度快、适用性强、性价比高等特点，能够满足大多数用户的需求，并得到了广泛的好评。以AT89S52单片机为核心部件进行设计，将前方小障碍物的距离在LCD1602上显示。该车是由L298驱动行走跟踪屏障驱动的小型驱动芯片。红外传感器采用ST178型光电管。显示模块采用LCD1602液晶显示车速数据。该车能在特定环境下自动运行，为保证汽车的驾驶能力，设计了四轮驱动。

关键词
单片机，跟踪，测速，避障

1.介绍

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本文主要研究了单片机的各种控制处理功能，并以智能小车的设计为研究对象。本文主要应用以上几个模块来实现汽车的各种功能。把汽车想象成一个小机器人。最基本的是四个轮子。这部分就像人的肢体。该车利用传感器部分读取各种外部信号，控制人体动作的各种开关。它就像人的耳朵、眼睛和其他感觉器官。单片机的核心部分，各种采集到的信息都必须由他来处理，这就像人脑一样。这辆车就是按照这样的设计角度和思维程度制造的。

国外对智能汽车的研究由来已久，大致可分为三个阶段：从上世纪50年代开始的初期，巴雷特电子公司于1954年推出了世界上第一套自动导向汽车系统，该车可以无人驾驶，已经具备了智能汽车最基本的功能。但该系统为拖车式货运平台，只能在固定路线上运行；20世纪80年代中后期中期，世界主要发达国家在智能汽车的发展方面取得了突出成就，1986年欧洲普罗米修斯项目开始在这一领域进行探索；最后阶段是美国自上世纪90年代以来最出色的阶段，Navlab系列自主车辆由卡内基梅科大学机器人研究所完成。从此，智能汽车的研究体系进入了深入、大规模的研究阶段。在国外，一方面，机器人在制造业中的应用越来越广泛。另一方面，它仍在向非制造业应用和微型化方向发展，如上述国外电子娱乐市场的发展方向。研究机构正在努力将机器人应用到人类工作和生活的各个领域。

在我国，工业制造领域机器人总装机容量约16万台，其中国产品牌超过5万台，约占30%。但是，与世界7600万台的总装机容量相比，我国的总装机容量仅占16%左右，对于一个13亿人口的大国来说，我们在机器人数量上与发达国家有着巨大的差距。因此，我国应尽快大力发展机器人业务。智能跟踪避障测速车可以看作是机器人的一个特殊版本。它是一个小而简单的机器人，可以通过编程执行特定的任务。与一般意义上的机器人相比，生产成本低是智能汽车的最大优势。另外，该车电路结构简单，程序调试方便，具有较强的趣味性。因此，它在机器人爱好者和大学生中很受欢迎。爱。每年全国大学生电子设计大赛都有智能汽车的话题，这说明国家对高校机器人研究工作的重视。

2.智能跟踪避障小车总体设计及方案选择
2.1整车结构
2.1.1小节标题

在我国，工业制造领域机器人总装机容量约16万台，其中国产品牌超过5万台，约占30%。但是，与世界7600万台的总装机容量相比，我国的总装机容量仅占16%左右，对于一个13亿人口的大国来说，我们在机器人数量上与发达国家有着巨大的差距。因此，我国应尽快大力发展机器人业务。智能跟踪避障测速车可以看作是机器人的一个特殊版本。它是一个小而简单的机器人，可以通过编程执行特定的任务。与一般意义上的机器人相比，生产成本低是智能汽车的最大优势。另外，该车电路结构简单，程序调试方便，具有较强的趣味性。因此，它在机器人爱好者和大学生中很受欢迎。爱。每年全国大学生电子设计大赛都有智能汽车的话题，这说明国家对高校机器人研究工作的重视。

图1总体框图

2.2主控制器模块选择

解决方案一：采用可编程逻辑器件CPLD作为该车的核心控制部件。CPLD采用并行输入输出方式，大大提高了系统的处理速度，也适用于大型控制系统的控制。此外，它不仅可以实现多种较为复杂的逻辑功能，而且功能易于扩展，体积小、密度高、稳定性高。由于car系统对数据处理速度要求不高，而且car的逻辑功能相对简单，因此从使用的角度可以放弃二次解决方案，选择更经济实用的解决方案。

方案二：采用MCS-51系列的AT89C52单片机作为整个系统的控制核心。这种单片机与CPLD逻辑器件相比有其独特的优点，即控制简单、速度快。这样，它的资源是丰富的，有可能解决操作功能，控制功能的优势可以得到充分发挥。AT89S52单片机具有强大的位操作指令，I/O口可以位寻址，8K的程序空间足以满足本设计。更有价值的是AT89S52单片机的价格很低。所以最后决定选用这种单片机作为本次设计的核心控制部件。

2.3 主控制器模块选择

解决方案一：购买成品电动玩具车。成品玩具车有完整的底盘和车架，驱动电路和电机的所有部件都安装好了。从这个角度来看，这样的车的设计比较方便。不过，在此基础上购买成品有以下缺点：首先，出于成本和质量的考虑，玩具车的设计和装配比较紧凑，而且没有太多的自由空间，所以安装需要满足汽车的需要。各种功能的传感器更麻烦。其次，玩具车一般是四轮驱动或后轮驱动，前两个轮子用来转向。因此，对于避障功能，汽车需要回到原来的方向来调整方向，这样不方便，也无法就地实现。180度角。本课题设计的汽车最好是四轮驱动，这样便于控制转向。最后，一般玩具车的普通直流电机负载能力小，调整难度大，市场上这种电动车的价格相对较高，会增加设计成本。因此，鉴于上述原因，该计划被放弃。

解决方案二：购买现成的车型、所需的各种传感器、报警器、液晶显示器等电子元器件，然后根据自己的知识进行焊接、组装和调试，如果你不懂的地方尽快上网查询或者去图书馆通读这方面的书籍来解决问题。经过仔细的考虑和讨论，我采用了一种模型方案，四个轮子都是分开驱动的。也就是说，前后轮分别使用四个速度和扭矩基本相同的直流齿轮马达，这样，当四个直流齿轮马达使用相同的速度和转向反转时，智能车就可以很容易地原地旋转。在相同的汽车坐标下很容易实现90度和180度转弯。总之，我采用了备选办法2。

图2车体前视图 图3车体后侧视图

2.4电机驱动芯片选择

解决方案一：直流电机控制采用SM6135W电机遥控驱动模块。SM6135W是一款可实现左、右、加速、前进、后退功能的大型集成电路，专门为遥控车设计。但是它不使用简单的级别控制，而是一个编码的输入控制，在程序中实现起来很麻烦。而且电机模块价格较高，设计难度较大，故不采用这种方法。

解决方案二：电机分压可采用电阻网络或数字电位器达到分压的目的，小车速度可调。然而，采用数字电位器和电阻网络，一个元件价格较高，另一个只能实现无级调速。最重要的原因是普通电机的电阻很小，通过电机的电流会很大。因此，分压会降低效率。因此，不适合用电阻分压来改变电机的转速，从而调整小车的速度，这种方法很难实现。所以放弃这个计划。

解决方案三：电源模块用于控制直流电机的驱动模块。直线驱动的电路结构和原理都具有很高的加速性和相对简单的特点。图4所示的H桥电路由达林顿组成。它能更精确地调节电机的转速，而且电路效率很高。它是一种应用非常广泛、稳定性很高的PWM调速技术。现在市场上有许多桥式电路型芯片。我选择了L298N（如图5所示）。L298N是高电压。全桥电流驱动芯片，对应频率高，一个L298N可以分别控制四台直流电机，还具有控制使能端。该芯片作为电机驱动，操作简单，性能优良，应用广泛。所以我们选择了方案三。

图4 H桥电路

图5 L298N

2.5避障传感器选择

解决方案一：采用超声波避障传感器实现避障功能，其原理类似蝙蝠飞行。通过连续发射超声波检测前方是否有障碍物，当前方没有障碍物时，汽车将以原速度前进；当传感器检测到前方有障碍物时，传感器会检测到反射信号并将其放大传输给单片机，单片机会根据预设的程序进行处理。此方案设计简单，易于实现，并以可承受的价格广泛使用。

图6超声波传感器

解决方案二：红外光电开关，其工作方式类似于超声波传感器。超声波传感器利用超声波探测前方道路。红外光电开关采用红外光束。当遇到障碍物时，红外光束也会反射回来，金属除外。物体可以反射来自其他物体的光。E3F-DS10C4光电开关采用电平控制原理，设计简单，使用方便。虽然红外光电开关使用起来同样方便，但在室外阳光照射的情况下，红外光受到强烈影响，避障功能不能正常使用，因此本方案不适用。

2.6显示模块选择

选项1：用数码管显示。数码管以其显示速度快、使用简单、显示效果简单清晰等优点得到了广泛的应用。选项2：用LCD1602液晶显示。由于其显示清晰，显示内容丰富清晰，显示信息量大，使用方便，显示速度快，应用广泛。两种解决方案都可以使用。对于本系统，我们采用1602液晶来满足显示的要求，所以

我们选择了这种方案。

图7 液晶显示器正面对象 图8 LCD1602A液晶显示器反面

2.7轨道传感器选择

解决方案1：采用光敏探测器，由光刻胶组成。当白色路面上有一条黑线时，地面的反射程度会有所不同。当探测器探测到它时，光刻胶的电阻就会改变。改变数值来确定电平，并将信号发送给单片机进行下一步。然而，阳光的强度是一个很大的因素。太强或太弱的光会使探测器不稳定，所以放弃这种方法。解决方案二：制作光电管跟踪传感器，用红外发射管和接收管组装。这种自组装传感器的工作原理与光敏探测器相同。它还受到周围环境中光照强度的影响，需要对组件的实际装配进行调试。比较麻烦，灵敏度不是很高，工作比较不稳定，也放弃了这种方法。解决方案三：采用ST178光电管。它是一种集成反射式光电探测器，发射端为砷化镓红外发光二极管，接收端为硅平面光电晶体管，灵敏度高。它采用DIP4封装，具有以下特点：（1） 塑料镜片可以增加灵敏度。（2） 内置可见光滤光片可以减少离散光的影响。（3） 体积小，结构紧凑。（4） 它工作性能稳定，调节电路简单，所以我们选择了这种方案。

图9电源模块

1. 文献参考

3.1主控制模块

主控模块的系统电路图如图10所示。AT89S52微控制器包括CPU、存储器和I/O接口，其中包含微型计算机的基本部件。正常工作电压范围为4V-5.5V。在正常情况下，微控制器连接到5V直流电源。如果您计划构建微控制器应用程序，则需要扩展一些辅助组件，如时钟电路、复位电路等。单片机芯片加上复位电路和时钟电路构成了单片机的最小系统。单片机最小系统是构成单片机应用系统的基本硬件单元。根据实际需要，可以在最小系统的基础上进行灵活扩展，以适应不同应用系统的特殊需求。单片机的工作启动状态由复位电路决定，其启动过程由复位电路完成。当电源开始供电后，单片机将产生复位信号并开始工作。单片机一般有两种复位方式，一种是上电自动复位，另一种是外部手动按钮复位。当单片机运行时，如果有外部因素影响程序，程序复位后自动运行。为了提高输出高电平的值，本设计焊接了上拉电阻。采用外接按钮式手动复位，只要连续两次高电平，复位即可完成。如果把微控制器比作人，那么大脑就是时钟电路，微控制器的速度和执行速度由时钟电路控制。逆变放大器的输入为XTAL1，XYAL2为逆变放大器的输出，可供微控制器中的振荡器使用。如果驱动设备使用外部时钟源，则XTAL2未连接。由于一个机器周期包含6个状态周期，每个状态周期是2个振荡周期，因此一个机器周期中有12个振荡周期。如果外部石英晶体振荡器的振荡频率为12mhz，则一个振荡周期为1/12us。

图10主控模块系统电路

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