国际电力，电子和材料工程会议(IPEMEC 2015)
基于单片机STC89C52的智能车的设计
李新,项强
西南民族大学电气信息学院
关键词:智能循迹车，直流电机，红外电子传感器，PWM, 迷宫
摘要:在控制系统的作用下，智能车是一种能够精确沿自动驾驶迷宫到终点的路径，按照最优路径精确返回起点的系统。 本文介绍了智能循迹控制系统的硬件/软件设计与实现。 该循迹车使用三排激光传感器来收集道路信息，通过相应的算法来判断其有效性，用控制算法使车辆转向。用单片机给出适 当的PWM波占空比来控制电机转速，电机的正反转运行由H桥驱动。 到达终点后，智能汽车可以沿着最佳路径返回起点。智能车能够更好地完成跟踪任务，能够以更快的速度完成规定的路径，始终保持稳定的运行。
介绍
循迹赛车比赛是为推动高等教育改革，培养本科生实践能力，创新能力和团队合作精神开展的一项活动。制造光电循迹车分为两部分:硬件制造和软件编程。
本文提出了一种光电循迹车的设计方案。实验表明，该方案可以调整车身的速度和角度，结合各种轨道的通信息，确保车辆在最短的时间内完成全程。
系统的总体硬件结构设计和工作原理简介
智能汽车的整体硬件结构设计
汽车的结构主要分为以下几部分:
1.电源模块。
由于汽车采用电池供电，合理的电源模块设计是是汽车稳定运行的提。
2.跟踪模块。
它由多个光电管组成，用于探测黑线的位置，通过反射红外线的变化判断是否存在黑线。
3.电动机驱动模块。
由于单片机的电流输出有限，无法直接驱动电机工作，因此需由专用电路驱动。本文以常用的H桥驱 动芯片L298N为例。
4.单片机模块。
整个设计选用8位微控制器STC89C52 元成各个数据采集和控制指令的处理，12M处理速度可以及时处理各种道路信息并控制车的方向，功耗低，搭配简单，价格相对便宜。
智能跟踪汽车硬件结构图如图1所示:
图1智能跟踪汽车硬件结构图
智能车的工作原理介绍
在这个设计中，跟踪指的是汽车沿着白色地板上的2. 5厘米宽的黑线行走。红外传感器发出的红外线被接收管接收，同时，将接收量转换为电信号，经处理后，信号放大电路由单片机P1端进行处理后，将信号经端口输出至电机驱动电路L298N芯片，从而达到驱动汽车的行走和跟踪目的。
智能循迹车硬件系统设计
电源模块
电源模块的电源有两种供电方式，一种方式为单片机，灯具等等供电，另一种方式提供L298N，光电池和电机的工作电压。 此外，L298N的驱动电压由电池直接给出，无需任何处理。
主控模块STC8952的配置文件
STC89C52芯片的40引脚接 5V电源，20引脚接地，18引脚 的XTAL1和19弓脚的XTAL2连接振荡频率为12MHz的晶振，并连接30pf电容。9引脚RST连接外部复位电路，提供电复位单片机。P3口的10脚和11脚作为单片机的通信终端，即完成程序下载所需的串行输入口和串行输出口。传感器输出的八个端口通过P1端相应地将信号发送到微控制器。经过处理后， P00~P05输出到L2938N的ENI, EN2，IN1一IN4引脚，完成对车辆的控制。
跟踪模块的设计
该设计采用8个ST188型号的红外光电传感器。光电分布的部分采用332布局。该方法可以准确简单地区分每个端口，程序控制算法简单，车辆控制稳定。
ST188型红外光电传感器由高功率红外光电二极管和高度灵敏的接收红外光电三极管(NPN) 组成 。当它用于比较两个电压时， 任意一一个输入端加一个固定电压作为参考电压，另一端与电压信号进行比较。当“ ”端子电压高于“-”端时， 输出管被切断，即输出端断开。 当“-”电压在“ ”侧以上时，输出管饱和，相当于输出侧连接一个低电位。两个输入电压之间的差值大于10 mv, 可以可靠地确保从一个状态到另一一个状态的输出。 因此，用于微弱信号检测的LM339是理想的。回路电路图如图2所示。
图2回路电路图
电机驱动模块
择L298N芯片进行控制，3个信号6个引脚来控制每台电机。六个引脚分别与SIC89C52单片机的PO. 0~P0.5相连。这里芯片的工作电压为 5V, 本设计采用两种输出方式来控制电机。即0UT1和0UT2控制电机1, OUT3和0UT4控制电机2。图5中，D1~D8为钳位二极管。电机在停止瞬间会产生一个反向电流，切断磁场后可产生一个反向电动势。 设置这些钳位二极管的目的是防止反电动势烧坏芯片，以保护它们。电机驱动模块如图3所示。
图3 电机驱动模块
智能跟踪车的软件设计
图4程序流程图
MCU完成自动汽车控制的关键在于执行相应的软件实现。本设计采用结构化设计方法，采用C语言实现相应功能。详细的流程图如图4所示。该程序包括负责调用各种子程序的主程序模块；初始化模块负责初始化所有部件；用于软件时间延迟的延迟模块；用于电机速度调整的PWM模块；直线运行模块；左右转弯；180转弯；终点停车；记忆跟踪检测模块；用于判断每个交叉口状态并记录;循迹返回模块，用于调用记录的数据并沿着最佳路径返回。
下面显示了几个主要功能模块。
跟踪记忆测试模块
Void memory(int mflag)//memory program
{if(mflag==1)
{a[n] =1;//record the turn left
if(a[n]==4) //dead end if digita1 sum is four
{a[n]=0;n=n-2;}
if(a[n]=2)//memory node if digital sum is four
{n ;a[n]=2;n ；}
else if(mflag=2) // memory go straight
{a[n] =2;if(a[n-1]=2)//avoid repeat memory
{n--;}n ;}
else if(mflag=3) // record the tum right
{a[n] =3;if(a[n]=4) // dead end if digita1 sum is four
{a[n]=0;n=n-2;}n ;}
else if(mflag==4)//dead end
{[n]=0;n--;}
else if(flag=0) //termina1 oint
{n=n-2;}}
记忆程序采用左优先原则，所以在遇到死路时需要考虑重叠路线和记忆过路的问题。 内存程序巧妙地解决了算法的这些问题。当汽车直行时， 直行程序可能会被多次采用，程序中的法官可以避免重复记忆。
跟踪返回模块
void （omeback）//return
(if(left_tun==)amp;amp;(right_turn==)amp;amp;(front_mid==)amp;amp;(mid==)amp;amp;(lef==)amp;amp;right==))
{traight0;logo=1;} //straight line
else if(right_ turn==1)amp;amp;(mid==1)) //road in the right
[switch(a[n])
{ase1:ft_ right();//read memory and turn right
logo=l;n--; n--; break;
case2:sd_straight0;//read memory and go straight
logo=1;n--; n--;break,
case 3:ft_ left();//read memory and turn left
logo=1;n--; n--;break;}}
else if(left_turn==1)amp;amp;(mid==1) //road in the left
{witch(a[n])
{case1:ft_right); //read memory and turn right
1ogo=1--; n-;break;
case 2:sd_ stra ight0; //read memory and go straight
logo=1;n--; n--; break;
case3:ft_ leftO; //read memory and turn left
logo=1;n--; n--;break;}}
else
if(left_turn==0)amp;amp;(right_tum=0)amp;amp;(front_mid==0)amp;amp;(mid==0)amp;amp;(front_lef==1)amp;amp;(front_right=1))
{stop();}//back to starting point,two 1ights out
else if((left=0)amp;amp;(right==1))
{wright();logo=1;}//left avertence (motor_ right)
else if(eft=1)amp;amp;(right0))
(wleft();logo=1;) //right avertence (motor_ 1eft)
else {straight();logo=1;}}
在返回模块中，具有左优先级原则的相应跟踪模块将按照正确的优先级原则进行替换。由于存储器模块存储路线和转折点，所以一旦读过十字路口，程序就应该忽略直行记忆。程序使用内存跳转算法完成跨越内存。最后，汽车返回起点。
结论
介绍了硬件电路的构建和软件的设计。系统使用STC89C52作为CPU根据既定思路控制和完成路由。在跟踪算法之后提出了最优路径算法，大大提高了车辆的智能性，从而实现了固定轨迹上的智能跟踪运动。通过实际试验，该系统可以使汽车自动找到路线并精确返回。总体来说，该系统相对简单，成本低，易于实现。
参考文献
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[2]朱涛.基于STC89C52单片机的智能跟踪汽车设计[J].计算机知识和技术.2011,31.
[3]董雷刚,崔晓伟,张丹.智能跟踪电动车的设计[J].大庆师范学院学报. 2010.30 (6):8-10.
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