关键词：智能小车；传感器；STC89C52RC；循迹；避障
智能小车主要由传感器检测感应、中央处理模块和机械执行模块三大部分组成。通过传感器的感应检测到障碍物或黑线或火焰，进行智能避障、循迹、灭火等功能。本款小车是一款以STC89C52单片机为主控制器的智能小车，由电源模块、直流电机驱动模块、数码管显示模块、按键模块、黑线循迹模块、红外避障模块、风扇灭火模块和STC89C52RC单片机模块组成。利用各类传感器检测到黑线或障碍物或火源，传达给主控制器进而控制小车的速度及转向，从而实现自动循迹、避障、遥控、灭火的功能。电机驱动由L293D驱动电路完成，小车运行方向和速度由单片机控制。
1、核心控制模块
本次设计中所采用的控制中心是STC89C52RC单片机。该模块主要分为供电部分、下载接口部分、控制部分、时钟部分五大块。其中供电部分是为单片机提供电源，下载接口部分是给单片机进行程序下载，控制部分则是TC89C52RC单片机，控制小车的所有行为，时钟部分则是给予单片机一个时钟，让单片机在此时钟上制造一个时序。
STC89C52RC单片机是一种低功耗、高性能、超强抗干扰的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，且指令代码完全兼容传统8051单片机。
2、时钟电路
时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。在此次设计中系统采用内部时钟。STC89C52RC内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，电路中的电容?C10和?C13的典型值通常选择为?30pF。晶体振荡频率的范围通常是在?1.2～12MHz。STC89C52RC单片机常选择振荡频率6MHz或12MHz的石英晶体。
3、 循迹模块
循迹模块主要由两对红外光电传感器构成，使用红外光线探测法进行循迹，红外光线对于不同的颜色有不同的反射性质，当传感器的红外发射二极管发射出红外线时，由于颜色的不同，红外发射管发出的红外线被反射回来的情况不同，传感器的红外接收二极管也会接收到不同的信息。
小车循迹的原理是在白色路面或浅色系路面中有黑色的轨道上运行，根据红外光线对于不同的颜色有不同的反射而判断小车的循迹轨道。当小车行驶在白色的路面上时，红外发射管发出的红外线就会被反射回来，红外接收管接收到红外光线，其阻值变小，向单片机输出低电平。当小车行驶在黑色的轨道上时，红外发射管发出的红外线就会被吸收，红外接收管没有接收到光线，其阻值不变，输出高电平，指示灯导通。同时若单片机I/O口发现是高电平的信号，则说明小车处在黑色轨道上，若单片机I/O口发现是低电平的信号，则说明小车处在白色轨道路上。
4、循迹电路分析
当没有检测到黑线时，则左侧红外光电传感H4发射端发出光线到白纸，光反射到左侧红外光电传感H4接收端，左侧红外光电传感H4接收端导通，导通则T1接地=0；
当有检测到黑线时，则左侧红外光电传感H4发射端发出光线到黑线，光全部被吸收，左侧红外光电传感H4接收端，没有收到任何信号，因为左侧红外光电传感H4不导通，则T1=VCC。
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5、避障模块
红外避障模块
红外避障模块由一对红外光电二极管组成，它的主要功能就是将光信号转换为电信号，被广泛的应用于现代的各种家用电器和它们的遥控器，它能够十分有效地接收红外发光二极管发射的红外光信号，这种光信号的波长一般为940nm，而对于其他类型和其他波长的光信号，它都不会接收，所以它的抗干扰能力还是比较强的。
红外线避障的原理是利用光线反射性质。当前方有障碍物时，红外发射二极管之前发射出的光线就被被反射回来，红外接收二极管接收到光线，其自身电压变小，通过电压比较器LM393比较，传感器输出的低电平；前方没有障碍物时，红外接收二极管没有接收到光线，其自身电压不变，通过电压比较器LM393比较，传感器输出高电平。所以只要通过单片机来检测传感器的输出端电平是高还是低，就能得知是否遇到障碍。
6、超声波避障模块
本设计采用的是HC-SR04超声波避障模块，超声波模块固定在小车的最前方。当小车运行时超声波避障模块自动发送8个40千赫兹的方波，自动检测是否有信号返回，当前方有障碍物出现在道路前面时，信号返回，通过IO口输出一个高电平，当单片机接收到一个高电平，就会判断出前方有障碍物，做出避障反应。当前方没有障碍物时，也就没有信号返回，通过IO口输出一个低电平，小车继续按原路线行驶。超声波从发射到返回的时间就是高电平持续的时间，高电平持续的时间也就是声波来回所用时间。当有高电平输出时定时器计打开时，当变为低电平时，次时定时器的读数值，就是此次测距的时间。通过计算可得到测试距离。
7、电机驱动模块
L293D 驱动共有16个引脚，属于DIP封装。是四倍高电流的H桥驱动程序。使能信号ENA是高电平有效，若为低电平，则L293D内部的三极管截止，电机是无法转动的。IN1和IN2是控制电机旋转方向。当IN1=1、IN2=0时，表示电机正向转动，当IN1=0、IN2=1时，表示电机反向转动。选中一PWM与使能端引脚相连接，那么PWM的占空比直接与整个电机的旋转速度挂钩。选中一I/O口，通过反向器74HC14与两个方向控制信号的引脚相连接，使其控制转向问题。
8、灭火模块
灭火模块由两部分组成，分别为寻火模块和灭火模块。寻火模块由两个火焰传感器组成，火焰传感器能够探测到波长在700~1000nm左右红外光。如果检测到火源时，火焰传感器将火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，根据电平的变换判断火源的远近。灭火模块在寻火模块检测到火源时，启动灭火装置。本次设计的灭火装置选用的是风扇，通过LG9110驱动模块驱动。主控制器接收到电平信号，判断火源相对于小车的方向，如果左侧检测到火源，则向左侧转动，右侧检测到火源，则向右侧转动，直到两侧都检测到火源时，启动风扇灭火。
总结：
此次设计采用的主控芯片是STC89C52RC,用L293D电机驱动直流电机，避障和循迹功能都是根据光线探测法来实现的，每个器件的使用也都是通过重重测试和比较选择出最优方案而来。
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论文作者: 崔海霞
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/15
标签：小车论文; 模块论文; 单片机论文; 传感器论文; 火源论文; 智能论文; 信号论文; 《科学与技术》2019年第12期论文;