关键字：STC89C51单片机；循迹；避障；红外线传感器；PWM
一、引言
现今，智能化飞速发展，在国人的生活中中获得了广泛的应用。其中，车辆工程的研究前沿必定是智能车辆，它涵盖了人工智能、自控原理、信息采集技术等多个领域的专业技能，是未来的发展趋势。其中，智能小车便是一个典型代表，在小车上将加装传感器，借助传感器辨识外界信号，把信号信息反馈到传感器，传感器再按照编写的程序输入之下一步的指令给执行器，进而促成小车的自动智能管理控制。本文所提及的自动避障智能车是基于STC89C51单片机开发，传感器采用红外发射和接受来探测道路信息，从而实现所需功能。
二、整体设计
总体设计即以STC89C51单片机作为核心，组合而成的功能模块分别为：管控模块、供电模块、避障模块、金属探测模块、循迹模块。
2.1控制模块
该文其所提到的智能小车即以STC89C51单片机作为管理控制核心，借助程序的设计以及编写来管理控制小车，即以达到对于小车的整体管理控制。
2.2驱动模块
小车的驱动电机选用直流电机，使用极为方便，并选用集成处理器驱动。集成芯片驱动 外围电路简单，比较容易实现，且调试通过率高，故障的发生率较低。该文选用的就是LN298N功能模块，该类功能模块提供4输出或6输出单片机信号源，可用跳线帽灵活多样选用，大力支持PWM调速，且板载上拉电阻，可在一定程度上解决STC89C51单片机I/O口驱动能力不足的问题。控制器经由管控LN298N使能端，继而实现电机的摆动与否，以更进一步实现小车的不断前进与转向。
直流电机变向原理：向左转时，左轮静止不动，右轮转动；向右转时，右轮静止不动，左轮转动。
但是，298的芯片内阻很大，导致芯片容易发热，此问题难以解决，可在后续研发中寻找价格低廉且性能足以代替298的驱动模块。L298N模块原理图如图2.1.1。
此外，驱动系统采用PWM来调节电机的速度。借助于改变变频器上电容的占空比来彻底改变变频器的转速。
2.3循迹模块
循迹指的就是在黑色的地面上铺放一条白色的条带当作小车的跑道。
因为自然界中各异物质对于红外线的吸收反射能力各异，而黑色与白色的反射程度各异。因此，可以根据传感器收到反射回的红外线来判断小车是否按照所铺设的线路行驶。本文中将两个所选的传感器分别安装在车头下方的左右两侧，且每一边都有一个发射管与一个接收管配套，在小车行驶的过程中不断地发射、接收红外线。当传感器所发出的红外线照射到黑色条带上时会被吸收，也就是接收管不会接受到反射回来的红外线。倘若在行驶过程中左侧的接收管没有接收到返回来的信号，L298N驱动芯片会依据此信息控制左边轮胎的电机使其停止转动，从而实现车头的向左调整；当右侧接收管未接收到返回的信号时则相反，从而确保小车循迹功能的稳定。
2.4避障模块
智能小车的车头两侧分别放置一对红外线传感器用来检测前方是否有障碍。若红外检测的接收管收到反射回来的红外线则说明前方有障碍，此时红外传感器会将此作为信号传递给STC89C51单片机，应由芯片按其传回的信号来管理控制电极的工作状态。在这选用光电开关，因为光电开关灵敏度高且工作时较为稳定，外围电路简单，对于使用者来说较为容易上手。
2.5金属探测模块
介于实际的道路上可能存在的障碍物有金属质感，故而为了使智能小车更加的符合实际的道路情况，可以增加金属探测单元。本文中选择的元件为LJ12A3-4-Z/BY，该传感器为集成元件，稳定性较好。工作原理：当该传感器的探测头检测到金属障碍物时会向单片机送出一个高点平，而单片机可根据此信息来判断是否检测到了金属障碍物，进而实现对金属障碍物的绕行。
2.6供电模块
为了降低各个模块之间互相影响，此次设计不太选用同一供电。供电模块分为两个部分，一是为电机驱动以提供高功率；二是为各芯片提供电压来驱动芯片工作。考虑到本次设计中的直流电机额定功率较大，所以采用9-10V的电池作为供电电源，为了进一步确保智能小车在运行时的稳定性，因此另外设计一个电源稳压电路，采用稳压芯片对电压进行稳定；对于芯片，所需的额定功率不是很大，但对于稳定性的要求较高，因此可采用5-6V的稳压电路作为供电电源。不仅如此，在供电元件的设计过程中其各电子器件的压降必须被注意以保证其所设计的元件尽量符合所选的电子器件，保障小车的工作力学性。
三、软件设计
由于C语言在多种计算机语言中较为容易掌握，且C语言是基本上是人们在大学阶段都会学到一种汇编语言。因而，该次设计的应用软件编写选用C语言当作控制系统的汇编语言，并紧密结合Keil4应用软件共同编写软件部分。
其中程序大致分为以下三个模块：
（1）障碍模块。
（2）循迹模块。
（3）驱动模块。
四、总结与经验
首先，难点在于电路的选择，要想选择合适的电路需要不断地测试。在实际操作过程中，由于传感的灵敏度极易受外界环境影响等，究其原因应当在其所设定的元件的前提下按照各不相同的环境状况来选定适宜的元件芯片参数值的大小。
其次就是STC89C51单片机代码的编写，由于所需编写代码的模块较多，且所需代码的长度较长，所以在编写代码时最好分模块编写，和智能车的对应功能模块展开分块调试，防止一次性把代码编写顺利完成造成代码太过冗长，难于得知代码编写的失误。
最后在制作PCB板时，封装必须要精准无误，否则可导致无法正常焊接，从而导致资源和金钱的浪费。
五、结语
该文当中的智能小车就是即以STC89C51芯片作为管理控制核心，及LN298N驱动处理器及红外传感来促成避障和循迹基本功能的智能小车。经过在设计过程中与设计完成后的多次测试与调整，该小车能够实现自动循迹行驶，同时在行驶过程中也可以识别障碍物并进行躲避。总体来说，智能小车的功能实现和工作性能较为完善，结合具体情况本智能小车具有较高的实用价值。
参考文献
[1]郭天祥.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2009
[2]候丽春，孙志强，陆荣.红外传感器在机器人避障系统中的应用.无锡职业技术学院，2007
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[4]周杏鹏.现代检测技术.高等教育出版社，2010
[5]蓝厚荣.单片机的PWM控制技术[J].工业控制计算机,2010
论文作者:郑天程 李卓 廖乾国
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年19期
论文发表时间:2019/12/5
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