基于单片机的智能小车系统设计

基于单片机的智能小车系统设计

摘要：系统以at89s52作为智能小车的监测和控制核心，运用pwm 直流电机调速技术，通过红外光电传感器、超生波传感器和无线传输模块，对小车的路况、速度和间距进行检测，完成对小车运动位置、速度、运动方向等参数的控制，以实现小车的定点停靠、自动转弯、超车区超车的功能。测试结果表明，本系统性能优良，工作稳定。

关键词：at89s52；电动小车；超车

中图分类号：tp273 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）05-1122-02

本设计以2011年全国大学生电子竞赛题——《智能小车》为背景，设计了一套智能小车。甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能[1]。

1 总体设计方案

智能小车系统由甲、乙两小车构成，系统主要包括以下模块：控制器模块、电机驱动模块、道路标志线检测模块、超声波避障超车模块、车辆调速模块、无线传输模块。系统结构图如图1所示：

图1 智能小车系统结构图

2 主要模块电路的设计与实现

2.1 控制器模块

本设计采用51单片机作为控制器模块，51单片机使用简单、对于小型系统的控制灵活，at89s52单片机io口和定时计数器个数基本

满足系统设计要求，故本设计采用at89s52单片机作为核心控制模块[2][3]。

2.2 道路标志线检测模块

道路标志线检测模块采用红外光电传感器来实现。其优点是原理简单、操作方便、信号处理速度快。采用tcrt5000对路况信息进行采集，输出信号。当小车在运行过程中遇到黑线时，利用光电传感器的检测原理，当光线照射到运动轨道的表而上时会发生反射，黑白线检测光电传感器可根据接收到的反射光强弱来判断是否检测

到黑线，可以使小车自动循迹，实现小车的自动行驶功能[4]。

2.3 避障超车控制模块

本设计采用超声波检测距离的方式，由单片机控制超声波模块，定时检测小车前方的路况，把测量的数据实时反馈给控制系统，控制测速。hc-sr04超声波测距模块，提供2-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度3mm，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

2.4 光电编码器测速模块设计

设计采用光电编码器来测量电机转速，光电编码盘与电动机同轴，电机转动时带动光码盘同速旋转，可将电机转动的圈数即电机输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，通过计算每秒光电编码器输出的脉冲个数即可算出电机的转速，从而控制小车的车速实现加速或减速[6]。

2.5 无线传输模块

nrf24l01 是 nordic 公司生产的一款无线通信芯片，采用fsk调制，内部集成 nordic 自己的 enhanced short burst协议。在超车过程中，通过无线模块可以使两车进行同步。并告知对方的运动状况。其他模块，如显示模块，电源模块等由于篇幅有限，这里不再赘述。

3 软件设计

智能小车的软件设计是整个系统实现的关键，主要考虑的内容是在行车道上的行驶，在超车区如何实现超车，以及如何实现两车的避障。在行车道上行驶时要通过左右边界线对小车进行位置偏移的修正，使小车在纠正行车方向同时，调整小车位置趋向跑道中心。

3.1主程序流程图

小车通过巡黑色引导线进入跑道，检测边界线和转弯标志线，进行左、右修正以及转弯处修正以直行。主流程图如图2所示：

图2 主程序流程图

3.2超车算法流程图

当小车到达超车标志线时，先用弯道纠偏方法调整好小车姿态，然后，根据超声测距的结果判断是前车还是后车来实现超车。具体流程图如图5所示，其中关键是两车配合的时间问题，通过无线模块可以使两车进行同步。小车在直道、转弯、超车过程中，自动纠偏将一直运行。

图3 超车函数流程图

4 结束语

文中针对智能小车的路径跟踪这一热点问题，采用红外光电传感器、超声波传感器等，通过单片机控制，实现了智能小车的自主行驶和超车。测试结果表明，本系统性能优良，系统稳定。

参考文献：

[1] 2011年全国人学生电子设计大赛c题―智能小车.pdf[eb/ol]. http：//ishare. iask. sine. /f/ 18976259.html？

from=like，2011-12-9.

[2] 卓睛. 学做智能车一挑战飞思片尔杯[m]. 北京：北京航天航空大学出版社，2007.

[3] 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛训练教程[m]. 北京：电子工业出版社，2005.

[4] 王春武，刘春玲，秦政坤，等. 基于mpc82g516单片机智能小车教学实验设计实例[j]. 吉林师范大学学报（自然科学版），2012（1）：135-136.

[5] 孙继元，苑广军. 基于mc9s12xs128的智能小车超车控制系统[j].微计算机信息，2012（9）： 154-155.

[6] 李向军，周广滨. 直流电pwm机控制方案的单片机实现[j]. 大电机技术，2011（3）：61 -64.