智能小车的设计

摘 要：文章设计了一种能遥控启停的智能小车，采用AT89C52作为小车的检测和控制核心，该智能小车能实现语音遥控、自动行驶、自动避障，里程统计并发出指示信息等功能。

关键词：智能小车；AT89C52

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）20-0007-02

文章设计的智能小车，采用AT89C52作为小车的检测和控制核心。根据设定的行进轨迹及要求，采用红外传感器进行里程统计，超声波及红外传感器进行目标识别与避障；采用步进电机对车的转向进行控制，实现精准定位；此外，由发光管给出指示信号。车行驶中的各种功能控制由软件实现，同时采用红外遥控方式控制小车的启动、停止及状态转换，其中红外发射部分加入凌阳声控系统，实现语音控制。

1 系统原理框图

本文所设计的以AT89C52为检测和控制核心的系统原理如图1所示。

2 系统硬件电路设计

①前轮电动机驱动模块的设计。本次设计采用的是从废旧软驱上拆下的步进电机及驱动芯片，体积小、性能好，使用方便。其原理如图2所示。两路输入信号的频率皆为40 Hz，占空比50%，相差90°，此时电机处于最佳状态。

②后轮电机驱动模块的设计。后轮采用普通直流电机，通过控制脉冲占空比算法,实现对小车速度的控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、带载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。驱动部分选择了电机专用驱动芯片L298。L298 是为控制和驱动电机设计的推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性能；四个输出端具有较大的电流驱动能力，每通道峰值电流能力可达2 A。

③红外遥控发射模块的设计。为了提高传输信号的抗干扰能力，还需将编码信号调制在较高频率的载波上发射。由于接收部分采用的1838红外集成接收头要求载波频率为38 kHz，故采用CMOS门电路构成的脉冲调制振荡电路，振荡频率：f=1/（2.2RTCT）。发射部分采用中功率三级管8550，利用其开关特性驱动红外发光二极管发射红外光。电路原理如图3所示。

④红外遥控接收模块的设计。红外接收头有较强的指向性，使用时稍有不便。所以本次设计采用两个接收头背向放置的方式，以此增大了接收范围，红外接收头放置方式如图4所示。

接收解调部分：采用1838红外集成接收头。它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高，并且价格低廉。它仅有三条管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在5V左右，只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。其主要功能有放大、选频和解调，要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号，而且灵敏度和抗干扰性都非常好

解码部分：采用与MC145026配对使用的通用接受解码器MC145027，将解调后的串行数据进行解码，使其成为BCD控制代码，并使控制代码并行输出。其电路中的R1、C1组成的电路用来判定接收到的脉冲是窄脉冲还是宽脉冲，时间常数R1C1应调整为1.72×编码器时钟周期，即R1C1=3.95RTCCTC。R2、C2组成的电路用来检测接收到的末位信号，时间常数R2C2应等于33.5×编码器时钟周期，即R2C2=77RTCCTC。这个时间常数用来判定输入Din保留电平的时间是否已达到4个数据周期，达到了则数据提取电路将提取到的低电平信号送到控制逻辑电路，控制逻辑电路是有效传输输出端VT为低电平，此时传输终止。

{5}车轮转数及里程检测模块的设计。在车轮转轴上固定一塑料圆盘，将其挖出四道缝隙，夹角为90°。将红外灯管固定在正对前轮位置，因为后轮在刹车时容易打滑，故安装在正对前轮位置才能准确测的车的里程。车轮转动时，接收头不断接收到红外光信号，得到的信号通过比较器产生脉冲，再发送至单片机，以实现车里程的检测。

{6}用超声波探测器测距的工作方式的选取。当利用超声波探测器测距时常用两种方法，即强度法和反射时间法，强度法是利用声波在空气中的传输损耗值来测量被测物的距离，被测物越远其反射信号越弱，根据反射信号的强弱就可以知道被测物的远近，但在使用这种方法时由于换能器之间的直接耦合信号很难消除，在放大器增益较高时这一直接耦合信号就可使放大器饱和从而使整套系统失效。其原理如图5所示，由于直接耦合信号的影响，强度法测距只适合较短距离且精度要求不高的场合。

反射时间法是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T利用公式S=V×T/2其中，S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时间（T=T1+T2），可以计算出路程，这种方法不受声波强度的影响，直接耦合信号的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服，因此这种方法非常适合较远距离的测距，如果对声速进行温度修订，其精度还可进一步提高。虽然反射时间法比强度法有较大的优越性，但因为小车避障时不须在很远处发现障碍物，且强度法较易实现，故这里采用强度法避障。

3 结 语

通过小车实物的制作及实际跑道上的测试证明该智能小车能顺利地完成语音遥控、自动行驶、自动避障，里程统计并发出指示信息等功能。

参考文献：

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