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摘 要:单片机自身的优势较多,已经被广泛应用在多个领域中,基于单片机的智能小车具有灵活、环保的特征。对此,笔者将结合自身的工作经验,以AT89S51单片机为智能小车设计的核心,探究基于单片机的智能小车设计与实现的式,以期为相关人员提供参考,发挥单片机的作用并优化智能小车的性能。
关键词:单片机;智能小车;电机驱动;避让功能;循迹模块
前言:智能小车中运用ATMEL公司的AT89S51单片机,作为整个系统的主控部件,以此来实现控制小车的目的。智能小车的电机驱动中,主要使用L293D芯片,并将特定电平应用在芯片上,实现停止、正转与反转的目的,其为智能小车转向、前进与后退的基础。在本文所设计的智能小车中,安装了红外发射接收管,可以实现对障碍物的探测,避免在运行中发生碰撞问题,提高智能小车运行的稳定性与安全性。
1.智能小车电机驱动以及方向控制
智能小车中的电机控制系统主要使用L293D芯片,其中设置了钳位二极管,具备四通道、大电流、高电压的驱动功能。其中,每通道的实际输出电流等于600mA,最大情况下能够达到1.2A。在该模块与其他电路的接口中,包含四个端口,即MG1的启动与方向控制、MG2的启动与方向控制,可以将前期与单片机的I/O口分别连接。在三极管作用的影响下,智能小车中IN1与IN2的逻辑电平,始终处于相反的状态中。具体而言,如果MG1的方向控制等于1,此时IN1等于0,而IN2等于1,智能小车的电机会发生反转。相反,如果MG1的方向控制等于0,此时的IN1等于1,而IN2则等于0,智能小车的电机则为正转。在MG1启动信号的控制之下,MG1会呈现出不同的运行状态,即启动信号为1时MG1转动,反之则为静止的状态。相比之下,智能小车中电机MG2的运行等同于MG1[1]。
2.智能小车避障功能的设计与实现
在设计智能小车的过程中,为了能够保证其运行的安全性、稳定性,应该保证智能小车具备避障功能。要想实现这一目标,可以将红外发射接收二极管应用在其中,减少周围环境对于智能小车运行的影响。红外发射接收二极管能够在运行的过程中,分为反射模式、对发模式,本文所设计的智能小车选择反射模式实现小车避让的目的,即二极管根据自身是否能够接收到红外观为依据,对前方是否存在障碍进行判断。具体而言,智能小车中避障系统中红外发射接收二极管为50Hz,所以在设计的过程中应该以定时器TO为基础,在PO.7口位置处产生方波信号,同时将三极管、一限流电阻相连,提高红外发射接收二极管的发射功率,并运用电位器R5实现避障距离的调节。
智能小车避障系统中,R7作为调节电位器可以对放大器的倍数进行调节,最大程度提高智能小车避障功能的灵敏性,保证智能小车能够稳定运行。在智能小车运行期间如果前方不存在障碍物,则红外发射接收二极管无法接收到红外光,其中放大器同相输入端基本等于0。在后续比较器的作用下,使得该模块运行时的输出逻辑为0,二极管的指示灯为熄灭状态。如果智能小车运行时前方存在障碍物,障碍物就会向红外发射接收二极管反馈红外光,而放大器同相输入端存在正压信号,所以此时使得该模块运行时的输出逻辑为1,二极管的指示灯为亮起状态。以反向器为基础将模块输出并与单片机P3.2相连,其为中段外部的输入,此时单片机就会对相应的单口状态进行查询,以此来控制小车的走向,实现智能小车避障的目的。
3.智能小车循迹模块的设计与实现
在设计智能小车的过程中,为了优化循迹模块的性能,笔者采用光敏电阻的方式进行设计与实现。具体而言,智能小车的循迹模块的设计运用光敏电阻,如果光照较强时,光敏电阻的电阻值较小;反之,如果光照较弱时,光敏电阻的电阻值较大。基于光敏电阻的这一功能与特点,能够保证智能小车在白色场景中,实现对黑色轨道的准确循迹,或者智能小车在黑色场景中,实现对白色轨道的准确循迹。本文所设计的智能小车中,采用第一种方案进行设计,即在白色场景中,智能小车可以实现对黑色轨道的准确循迹。
4.智能小车无线收发模块的设计
无线接收模块是智能小车中重要功能之一,在本文的设计中,无线接收模块的频率等于315MHz,可承受的电压范围在3V至12V之间,如果工作电压等于5V,无线接收模块的发射距离能够达到100米至200米。如果电压出现变化,无线接收模块的发射频率基本不会发生变化,所以通过配套的收发模块就能够实现数据收发的目的。同时,发射模块主要运用ASK的方式进行调节,以此来降低智能小车运行的能耗。在无线接收模块中,存在4个管脚,即数据(DATA)、天线(ANT)、地(GND)、电源(VCC)[2]。
将其作为基础,无线接收模块的数据端等于1时,模块就会发出一个高频载波信号;无线接收模块的数据端等于0时,模块则不会发出高频载波信号。当接收端进行解调时,会对接收到的载波信号、未接收到的载波信号进行相应的处理,以此来实现解调的目的。为了可以降低无线传输中出现的误码率,可以使用PT2262编码芯片、PT2272解码芯片,提高智能小车系统的简单性,并将PT2272数据与单片机相互连接,实现无线数据传输的目的。
结语:综上所述,将单片机应用在智能小车的设计中,需要设计人员做好各方面的设计工作,包括电机驱动以及方向控制、避障功能、循迹模块、无线收发模块等。在这一基础上,能够充分发挥单片机的作用,實现智能小车稳定运行的目的。
参考文献:
[1]王君颜,许坤.基于STC89C51单片机的多功能智能小车设计策略研究[J].南方农机,2019,50(04):106.
[2]申扣明,杨国平.基于单片机技术的自动循迹避障寻光智能小车系统设计[J].自动化应用,2018(09):75-76+82.
关键词:单片机;智能小车;电机驱动;避让功能;循迹模块
前言:智能小车中运用ATMEL公司的AT89S51单片机,作为整个系统的主控部件,以此来实现控制小车的目的。智能小车的电机驱动中,主要使用L293D芯片,并将特定电平应用在芯片上,实现停止、正转与反转的目的,其为智能小车转向、前进与后退的基础。在本文所设计的智能小车中,安装了红外发射接收管,可以实现对障碍物的探测,避免在运行中发生碰撞问题,提高智能小车运行的稳定性与安全性。
1.智能小车电机驱动以及方向控制
智能小车中的电机控制系统主要使用L293D芯片,其中设置了钳位二极管,具备四通道、大电流、高电压的驱动功能。其中,每通道的实际输出电流等于600mA,最大情况下能够达到1.2A。在该模块与其他电路的接口中,包含四个端口,即MG1的启动与方向控制、MG2的启动与方向控制,可以将前期与单片机的I/O口分别连接。在三极管作用的影响下,智能小车中IN1与IN2的逻辑电平,始终处于相反的状态中。具体而言,如果MG1的方向控制等于1,此时IN1等于0,而IN2等于1,智能小车的电机会发生反转。相反,如果MG1的方向控制等于0,此时的IN1等于1,而IN2则等于0,智能小车的电机则为正转。在MG1启动信号的控制之下,MG1会呈现出不同的运行状态,即启动信号为1时MG1转动,反之则为静止的状态。相比之下,智能小车中电机MG2的运行等同于MG1[1]。
2.智能小车避障功能的设计与实现
在设计智能小车的过程中,为了能够保证其运行的安全性、稳定性,应该保证智能小车具备避障功能。要想实现这一目标,可以将红外发射接收二极管应用在其中,减少周围环境对于智能小车运行的影响。红外发射接收二极管能够在运行的过程中,分为反射模式、对发模式,本文所设计的智能小车选择反射模式实现小车避让的目的,即二极管根据自身是否能够接收到红外观为依据,对前方是否存在障碍进行判断。具体而言,智能小车中避障系统中红外发射接收二极管为50Hz,所以在设计的过程中应该以定时器TO为基础,在PO.7口位置处产生方波信号,同时将三极管、一限流电阻相连,提高红外发射接收二极管的发射功率,并运用电位器R5实现避障距离的调节。
智能小车避障系统中,R7作为调节电位器可以对放大器的倍数进行调节,最大程度提高智能小车避障功能的灵敏性,保证智能小车能够稳定运行。在智能小车运行期间如果前方不存在障碍物,则红外发射接收二极管无法接收到红外光,其中放大器同相输入端基本等于0。在后续比较器的作用下,使得该模块运行时的输出逻辑为0,二极管的指示灯为熄灭状态。如果智能小车运行时前方存在障碍物,障碍物就会向红外发射接收二极管反馈红外光,而放大器同相输入端存在正压信号,所以此时使得该模块运行时的输出逻辑为1,二极管的指示灯为亮起状态。以反向器为基础将模块输出并与单片机P3.2相连,其为中段外部的输入,此时单片机就会对相应的单口状态进行查询,以此来控制小车的走向,实现智能小车避障的目的。
3.智能小车循迹模块的设计与实现
在设计智能小车的过程中,为了优化循迹模块的性能,笔者采用光敏电阻的方式进行设计与实现。具体而言,智能小车的循迹模块的设计运用光敏电阻,如果光照较强时,光敏电阻的电阻值较小;反之,如果光照较弱时,光敏电阻的电阻值较大。基于光敏电阻的这一功能与特点,能够保证智能小车在白色场景中,实现对黑色轨道的准确循迹,或者智能小车在黑色场景中,实现对白色轨道的准确循迹。本文所设计的智能小车中,采用第一种方案进行设计,即在白色场景中,智能小车可以实现对黑色轨道的准确循迹。
4.智能小车无线收发模块的设计
无线接收模块是智能小车中重要功能之一,在本文的设计中,无线接收模块的频率等于315MHz,可承受的电压范围在3V至12V之间,如果工作电压等于5V,无线接收模块的发射距离能够达到100米至200米。如果电压出现变化,无线接收模块的发射频率基本不会发生变化,所以通过配套的收发模块就能够实现数据收发的目的。同时,发射模块主要运用ASK的方式进行调节,以此来降低智能小车运行的能耗。在无线接收模块中,存在4个管脚,即数据(DATA)、天线(ANT)、地(GND)、电源(VCC)[2]。
将其作为基础,无线接收模块的数据端等于1时,模块就会发出一个高频载波信号;无线接收模块的数据端等于0时,模块则不会发出高频载波信号。当接收端进行解调时,会对接收到的载波信号、未接收到的载波信号进行相应的处理,以此来实现解调的目的。为了可以降低无线传输中出现的误码率,可以使用PT2262编码芯片、PT2272解码芯片,提高智能小车系统的简单性,并将PT2272数据与单片机相互连接,实现无线数据传输的目的。
结语:综上所述,将单片机应用在智能小车的设计中,需要设计人员做好各方面的设计工作,包括电机驱动以及方向控制、避障功能、循迹模块、无线收发模块等。在这一基础上,能够充分发挥单片机的作用,實现智能小车稳定运行的目的。
参考文献:
[1]王君颜,许坤.基于STC89C51单片机的多功能智能小车设计策略研究[J].南方农机,2019,50(04):106.
[2]申扣明,杨国平.基于单片机技术的自动循迹避障寻光智能小车系统设计[J].自动化应用,2018(09):75-76+82.