摘要：本次设计的简易智能电动车，采用AT89S52单片机作为小车的检测和控制核心；采用金属感应器TL-Q5MC来检测路上感应到的铁片，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶，并且单片机选择的工作模式不同也可控制小车顺着S形铁片行驶；采用霍尔元件A44E检测小车行驶速度；采用1602LCD实时显示小车行驶的时间，小车停止行驶后，轮流显示小车行驶时间、行驶距离、平均速度以及各速度区行驶的时间。本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。
关键词：智能车；AT89S52；单片机；金属感应器；霍尔元件；1602LCD
前言
简易入库小车，系统可以划分为控制部分和信号检测部分。其中信号检测部分包括：光源探测模块、路程测量模块、路面检测模块、方向检测模块；控制部分包括：电机驱动模块、控制器模块、状态标志模块。模块框图如图所示。为了实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。
1 设计方案与论证
采用ATMEL公司生产的AT89S52型单片机作为我们的控制单元，因为该型单片机价格便宜，功能比较强大，性价比高，而且在市场上很容易买到。通过红外传感器、电感式接触开关等器件来采集各类信息，送入主控单元单片机，处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。其中寻迹（黑带检测）采用市面上通用的发射管及接收头，经过单片机调制后发射。铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测。此系统比较灵活，更重要的是采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。
2 系统硬件设计
2.1 系统总体设计
采用AT89S52单片机作为小车的控制单元。在小车的前端接八路红外传感器
作为小车进入车库过程中黑带的检测元件，在小车的后段在接上八路红外传感器作为小车倒车退出车库是黑带的检测元件。采用LJ18A3-8-Z/BX电感式接近开关作为车库内铁片的检测元件。单片机接收到锅炉专干其检测到的信号后通过相应的程序控制小车的前进、后退、转弯，从而使小车的性能指标满足课题要求。
2.2 单元电路的设计
黑带检测方案选择
方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。当发光二极管发出的可见光照射到黑带时，光线被黑带吸收，光敏二极管为检测到信号，呈高阻抗，使输出端为低电平。当发光二极管发出的可见光照射到地面时，它发出的可见光反射回来被光敏二极管检测到，其阻抗迅速降低，此时输出端为高电平。但是由于光敏二极管受环境中可见光影响较大，电路的稳定性很差。
方案二：采用光敏电阻接受可见光检测。该电路采用T性网络，可避免使用太大的反馈电阻，并且便于提高输入阻抗。六组光敏电阻用于检测可见光信号。但光敏电阻检测到黑带时，输出端为低电平，但用光是电路输出端显示为高电平，信号返回给单片机，通过单片机控制前轮的转向。但由于需要正负电源，同时光敏电阻易受环境影响，稳定性也很差。
方案三：利用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用六组红外光敏耦合三极管发射和接受红外信号，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。接收的红外信号转换为电压信号经LM339进行比较，产生高电平或低电平返回给AT89S52。本方案经济实惠，易于实现，可靠性好，因此采用方案三。
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2.3 检测铁片方案选择
方案一：采用电涡流原理自制的传感器，取材方便，但难以调试，输出信号也不可靠，成功率比较低，难以准确输出传感信息。
方案二：采用市面易购的电感式接近开关，本系统采用市面比较通用LJ18A3-8-Z/BX来完成铁片检测的任务。LJ18A3-8-Z/BX接近开关靠近铁片时产生低电平，该信号经放大后传给单片机，单片机通过内部程序控制电机停转。虽然电感式接近开关占的体积大，但对本设计是可以接受，而且输出信号较可靠，稳定性好，受外界的干扰小
方案三：采用市面比较通用LJ18A3-8-Z/BX来完成铁片检测的任务，其电路图如图５。接触开关直接接单片机，但接触开关LJ18A3-8-Z/BX靠近铁片时，产生一个低电平返回给单片机，单片机通过程序控制小车停转60秒。此方案经检测简单可靠，而且本设计要求的精度不高，故采用方案三。
2.4 小车驱动电路
具体的设计过程：例如想让舵机转向左极限的角度，它的正脉冲为2ms，则负脉冲为20ms-2ms=18ms，所以开始时在控制口发送高电平，然后设置定时器在2ms后发生中断，中断发生后，在中断程序里将控制口改为低电平，并将中断时间改为18ms，再过18ms进入下一次定时中断，再将控制口改为高电平，并将定时器初值改为2ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便可使伺服机灵活运动。
3 系统及原理分析
3.1 单片机最小系统组成
单片机系统是整个智能系统的核心部分，它对各路传感信号的采集、处理、分析及对各部分整体调整。主要是组成是：单片机AT89S52、小车驱动系统芯片L298N及各路的传感器件。
3.2 黑带检测原理
利用光的反射原理，当光线照射在白纸上，反射量比较大，反之，照在黑色物体上，由于黑色对光的吸收，反射回去的量比较少，这样就可以判断黑带轨道的走向。由于各路传感器会对单片机产生一定的干扰，使信号发生错误。因此，采用一级射极输出方式对信号进行隔离，这样系统对信号的判断就比较准确。
4 软件程序设计
为了提高小车反应灵敏度，对红外线接收信号及黑带检测信号都采用中断法来处理。用定时方法对铁片检测、计量路程、倒车、拐弯及数码管动态扫描进行处理。
小车从起点出发后，一直保持前进状态病区再次状态下始终检测黑带，如果小车左侧某一路红外传感器监测到黑带，给单片机的P1口一个低电平，则小车向左侧拐弯，直到黑带到大小车的中部；如果小车右侧某一路红外传感器监测到黑带，给单片机的P1口一个低电平，则小车向右侧拐弯，直到黑带到达小车的中部。
5 结论
小车系统以AT89C51芯片为核心部件，利用光电检测技术实现了电动车的寻光源入库，沿引导线入库等功能。对于小车的进入车库时的方向检测控制，也有了方案。另外可以添加状态标志模块，使用蜂鸣器和发光二极管，在拐弯旋转，到达车库后进行声光报告，更加人性化。通过各种方案的讨论及尝试，再经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化，智能小车能够完成各项功能到达车库。
参考文献：
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[2] 耿长青.单片机应用技术.化学工业出版社.2002.08（01）.
[3] 丁元杰.单片微机原理及应用.[J].机械工业出版社.2002.01（02）.
论文作者:李厚霖
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/31
标签：黑带论文; 小车论文; 单片机论文; 信号论文; 铁片论文; 方案论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第26期论文;