多功能智能小车的设计
作者：冯惠秋吕宁黄帅峰
来源：《职业·下旬》2011年第01期
智能车辆是集中运用计算机技术、单片机技术、传感器技术、自动控制技术、机电一体化技术、通讯导航技术、人工智能及机器人学等高新技术的综合体。

笔者设计制作的多功能智能小车，就是这种综合体的一种尝试。

小车各部分采用模块化设计，以两电动机为主驱动，通过传感器采集各类信息，送入单片机，处理数据后完成相应动作，实现小车的多功能自动控制。

一、硬件设计
系统的硬件由单片机主控单元、寻迹模块、避障模块、铁片检测模块、寻光模块、调速模块、距离检测模块、显示模块、摄像模块和电脑终端遥控模块、电源模块等组成。

1.单片机主控单元
采用STC89C52单片机，主要任务是扫描无线/按键输入信号，启动/停止智能小车，在智能小车行走过程中不断读取各路传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机的转速，同时将相关数据送液晶显示器显示。

其中，P2口用于液晶显示，P1.0一P1.3控制左右两个电机，P1.4、P1.5、P1.6为三个按键接口，P0口接8路传感器，P3.2接黑白光栅码盘的输出信号，P3.3接检测铁片信号，P3.7接声光报警，P3.5、P3.6 、P3.7接LCD1602的RS、R/W和EN控制端。

小车车体采用了两个传统型车轮作为主动轮，为保持车体平衡，在小车的前方安装了一个万向轮，可以实现零半径旋转。

2.寻迹模块
采用5对红外线传感器RPR220，放置在小车车头的偏左、左、中、右、偏右五个方向，分别检测左侧车轮和右侧车轮的偏转情况，使小车能够寻找具有一定黑白对比度的黑线，进行沿直线行驶和沿弧线行驶。

3.避障模块
采用红外线避障方法。

由于红外线受外界可见光的影响较大，所以，采用250Hz的信号对38KHz的载波进行调制，这样可以减少外界的干扰。

4.铁片检测模块
这一模块使用的是一体化电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX。

5.寻光模块
采用两对光敏三极管，用于检测远处200W灯泡发出的光线。

采用大功率管2383、1013组成的H型电路驱动直流电机，利用PWM技术进行调速。

6.距离检测模块
采用红外传感器照射黑白光栅进行检测。

将制作好的均匀黑白光栅（一圈为60条，其中白30条，黑30条）安装在小车车轮上，红外传感器置于靠近小车车轮处。

选用直径为4.8 cm 的自制塑料小轮，经过打磨使其周长为15cm。

黑白光栅随车轮高速转动，则红外线三极管接收到的就是一系列高低脉冲信号。

将该信号经施密特反相器进行整形后传输到单片机的内部计数器进行计数，单片机每检测到一个低电平，则小车行进了15cm÷30=0.5cm。

统计1秒时间里产生的低电平脉冲个数为N，则1秒里小车运行了（0.5×N）cm距离，转速为每秒（N÷30）转，即为（N÷30×60）（转/分）。

7.显示模块
采用一片1602液晶屏作为显示器，可以分别显示年、月、日、星期、时、分、秒（通过按键可以设定调整时间）和显示小车行驶的时间、距离、转速。

8.无线通讯模块
由上位机（计算机终端）串口调试软件、无线通讯模块、单片机子机控制主板、无线摄像头、云台舵机、直流电机等构成，进行数据、照片及视频的传输。

上位机（计算机终端）由操作人员控制串口调试软件做出决策，把命令通过串口传给PC端无线通讯模块发射，由单片机子机端的无线通讯模块接收命令，交给单片机子机控制主板STC89C52CPU处理后，调用智能小车直流电机驱动模块驱动直流电机动作。

单片机子机控制主板还可以控制云台舵机进行180°自由旋转，并采集无线摄像头拍摄的照片和图像，通过无线通讯模块反馈给上位机（计算机终端），操作者可通过传送回照片和图像做出决策。

9.电源模块
选用2节国产锂电池，每节3.7V容量，2000mAh，串接成额定电压7.4V来驱动电机，然后用7805稳压成5V供给单片机。

二、软件设计
系统软件用C语言编写完成，由主程序、定时器0服务子程序、定时器1服务子程序、避障子程序、检测铁片子程序（外中断1）、寻光子程序、液晶显示子程序、按键与修改子程序、测距测速子程序（外中断0）等模块构成。

小车各部分采用模块化设计，各个模块之间独立性强。

核心控制部件采用可在线编程的STC89C52单片机，可以在不增加系统硬件的情况下方便地对系统进行二次开发。

经过软硬件的多次设计和反复调试，已成功研制出样机。

（作者单位：江苏省常州技师学院）。