基于51单片机智能小车的设计与实现

[摘 要]本文主要介绍基于STC12C5A60S2系列单片机的智能小车设计。该芯片是集高速，低功耗，超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。利用壁障传感器检测道路上的障碍，控制电动小车的自动避障，并可以测量小车速度和实时传输现场画面。

[关键词]智能小车；STC12C5A60S2单片机；视频监控；智能避障

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0309-02

1 引 言

当今世界，科技日新月异，时展的步伐越来越快。随着智能车实用性的增强，智能车市场的需求量越来越大，也促使智能车也在不断地朝着多样化、智能化、创新化的方向发展。本设计集视频传输与智能小车与一体，既可以控制小车的运动轨迹，又可以实时传输一些环境比较苛刻、人员不能到达的地方的一些现场画面。本设计的应用范围比较广泛，既可以当做小孩的玩具车使用又可以完成一些比较艰巨环境下的任务。这项设计是以采购的小车为基础，采用16位STC12C5A60S2单片机作为控制核心，逐步实现避障、测速、遥控、声控开关、视频传输这五大功能。主要解决问题是如何实现所要求的五大功能，最后完成硬件实物的制作并编制相关程序，使其实现功能的融合，做出具有预先要求功能的实物。

2 系统整体的硬件设计

STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合。本系统的硬件设计由电源模块、驱动模块、避撞模块、测速模块、遥控模块、声控模块、显示模块构成，系统的整体结构如图1所示。

2.1 L298N电机驱动模块的设计

该模块采用了L298N双H桥直流电机驱动芯片，驱动电机部分VIN采用+9V直流电源供电，同时模块上安装了L78M05稳压器对vin的输入进行稳压，逻辑部分VCC采用+5V供电，小车运行时通过单片机向该模块输入控制信息来控制小车电机的转速。

2.2 避障模块的设计

传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围2～80cm，工作电压为3.3V-5V。当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号，该模块检测距离2～60cm，检测角度35°。该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点。避撞模块框图如图2所示。

2.3 无线遥控模块的设计

无线遥控方面选用的是PT2262发射模块和PT2272接收模块。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。解码接收模块包括接收头和解码芯片PT2272两部分组成。

2.4 声控开关模块的设计

通过声音传感器可以检测周围环境的声音强度，并根据声音控制模块开关。模块在环境声音强度达不到设定阈值时，DO 口输出高电平，当外界环境声音强度超过设定阈值时，模块D0 输出低电平；小板数字量输出DO 可以直接驱动本车继电器模块，由此可以组成一个声控开关；声控开关框图如图3所示。

2.5 无线视频传输模块

该模块主要由无线摄像头构成。当摄像头处于开机状态，功能键按下（红色灯常亮，蓝灯满闪）。手机、平板电脑、笔记本电脑打开手机设置的“Wi-FI”或者“无线网络”找到“MD99S”点击连接，连接成功后打开手机终端监控软件，查看本地设备，即可看到视频图像。手机用户打开手机设置里的“Wi-Fi”或者“无线网络”，找到“MD99S”点击连接（密码是12345678），连接成功后打开手机终端监控软件，查看本地设备，即可看到画面。使用非常简单方便。当机器处于开机状态，功能按键向下（红色灯常亮，蓝灯满闪）。手机用户打开手机设置里的“Wi-Fi”或者“无线网络”，找到“MD99S”点击连接（密码是12345678），连接成功后打开手机终端监控软件，查看本地设备，即可看到画面。当机器处于开机状态，功能按键向下（红色灯常亮，蓝灯满闪）。手机用户打开手机设置里的“Wi-Fi”或者“无线网络”，找到“MD99S”点击连接（密码是12345678），连接成功后打开手机终端监控软件，查看本地设备，即可看到画面。当机器处于开机状态，功能按键向下（红色灯常亮，蓝灯满闪）。手机用户打开手机设置里的“Wi-Fi”或者“无线网络”，找到“MD99S”点击连接（密码是12345678），连接成功后打开手机终端监控软件，查看本地设备，即可看到画面。

3 软件设计

本系统软件采用模块化结构，由主程序测速子程序、避障子程序延时子程序、中断子程序显示子程序声控子程序算法子程序构成。系统流程框图如图4所示。

4 测试过程与结果

4.1 遥控模块测试

在实验条件下，分别对遥控器控制小车的最远距离进行测试。分两组，第一组在室内，第二组在空旷的操场。每组测试五次取平均值。测试结果如表1所示。

4.2 声控开关测试

在实验条件下，分两组，第一组在实验室条件下，第二组在空旷的操场，分别以70dB的声音对小车的声控模块进行测试，测试30次，计算成功的概率。测试结果如表3所示。

4.3 测速模块测试

在空旷环境下，分四次让小车匀速通过10m，通过记时，算出小车的理论速度，与显示板上显示的时间进行比较。测试结果如表4所示。

5 结束语

本设计基于51单片机为控制核心，逐步实现避撞模块、遥控模块、视频传输模块、声控开关、测速模块。智能小车避撞模块达到了小车完全自主避碰、自行运行的效果；遥控模块可以对小车进行遥控控制；视频摄像头可以实时传输小车运动过程中实时的画面，声控开关有效的控制了小号侧的运行与停止；测度模块能够测出小车实时的行驶速度。实际运行结果达到了预期效果。

致谢：感谢公安海警学院樊同亮博士的指导。

参考文献

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[7] Zhi-Hong Jiang. 51MCU technology and application development case selection [M].Tsinghua University Press 2008.52～101.

基金项目

浙江省教育厅项目（Y201431731），公安海警学院项目（2013XYPYZ012）