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2 智能小车转向控制系统的设计方案

智能循迹避障小车需要选择合适的硬件进行组装并且导入相应的程序进行智能小车的智能功能的实现，对于硬件的安装一定不能影响小车的功能实现以及正常状态下的移动，而程序则需要配合硬件功能实现，不能出现功能冲突的现象。各个功能模块相互配合组成拥有完整功能的避障小车。
2.1 智能小车系统的总体设计
本设计基于单片机STC89C52进行设计，通过母线将I/O口与电机驱动模块进行组装与链接，通过单片机对电机的驱动模块进行控制，在小车的移动以及转向方面，通过采用PWM的占空比进行调速，通过减速电机使方向轮之间形成减速差来进行小车的移动与转向等操作，循迹功能通过TR5000光信号特性进行实现，判断是否在循迹轨迹上，而后调整运动角度，在循迹轨道上正常移动；避障功能通过HC-SR04超声波测距模块进行实现，通过声波的特性判断前方是否有障碍物。
本设计预留了拓展接口，能够在现有功能的基础上加入WIFI控制模块等功能，使循迹小车更加智能，使功能更加多样化[9]。总体设计如图2-1所示：

图2-1 智能循迹避障小车的总体设计框图
2.2 STC89C52单片机
本设计采用STC89C52芯片，STC89C52属于51单片机系列，与其它能够胜任本次工作的单片机相比，STC89C52价格便宜并且常用，实现方式简单，并且资料齐全，能够让使用者更加熟练的使用。STC89C52实物图如图2-2所示：

图2-2 单片机芯片图
2.3 循迹和避障模块
循迹模块的循迹功能主要采用TR5000进行实现，配合单片机控制转向轮，进行循迹功能的实现
TR5000光电传感器：智能循迹小车循迹需要TR5000向地上的约2cm宽的黑线发射红外信号，红外信号被黑色吸收，TR5000接收不到返回信号，循迹小车会沿着地上的黑线进行循迹。本次设计采用TR5000，TR5000能够发射并且接收红外信号，并通过是否接收到光信号进行高低电平的转变，从而实现循迹功能实现，TR5000灵敏度高，并且灵敏度可调，其比较器采用LM393芯片。TR5000实物图如图2-3所示：

图2-3 TR5000红外循迹模块

3 智能小车转向控制系统硬件设计

在根据本设计的要求选取好能够精确的完成本次设计要求的硬件后，需要对硬件进行相应的连接与位置的调整，使智能循迹小车的硬件配置能够完美的完成本次设计需要使用的功能。
3.1 最小系统
单片机的最小系统也称为单片机的最小应用系统，是指使用最少的原件组成单片机的可以工作的系统[11]，本此设计采用的是STC89C52单片机，所以围绕此芯片建立最小系统，最小系统除单片机以外，至少还包括电源电路，晶振电路和复位电路[12]。
STC89C52最小系统的电源电路如图3-1所示，其通过供电电路从电池向单片机进行5V大小的供电。其中的电容起到滤波的作用。因为电源接通后，输入电压进入电路幅值具有很大的波动，所以需要接入滤波电容，通过滤波电容的的充放电效应将电流变为稳定的直流电，使单片机进行正常的工作并且保护电路的正常运行。不然容易造成短路与过载，使设计彻底损坏。

图3-1 电源电路
复位电路如图3-2所示。摁下复位按键接收复位指令后，会向单片机的复位引脚发送一个低电平，使单片机进行程序复位，并使单片机初始化。其作用就是初始化，防止设计功能紊乱与损坏。

图3-2 复位电路
晶振电路如图3-3所示，晶振电路，顾名思义由晶振与其他原件组成。晶振电路也被称为时钟电路，晶振电路在最小系统中的作用是为单片机提供时间基准。两个电容的作用产生振荡。剔除后电路无法正常运行。

图3-3 晶振电路
单片机是整个设计的核心，智能小车系统设计使用的是STC89C52单片机，它负责处理来自不同模块的信息并根据程序对小车的运动方式进行控制。STC89C52如图3-4所示，它是一款低功耗，高性能51内核的CMOS 8位单片机[13]，单片机内含8K Bytes ISP的可反复擦写10000次的Flash只读程序存储器，其可兼容8051，时钟频率为0-33MHZ，拥有两个16位定时，6个中断源，2级优先级，40个引脚中有两个专用于主电源的引脚，两个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源的复用引脚，以及32条I/O引脚。并且此单片机抗干扰性强，功耗低，并且下载程序简单，通过USB转TTL进行串口下载。

图3-4 引脚图

4 智能小车转向控制系统软件设计

本设计的智能小车通过Keil5进行程序编写，下载至单片机通过不断调试对小车进行正确的控制。本设计的软件设计主要实现功能为循迹功能与避障功能。
4.1 循迹模块软件设计
循迹功能通过TR5000光电传感器实现，为两路循迹模块。小车在行进的过程中，通过循迹传感器不断的输出高低电平判断是否处于循迹线上。而循迹程序的情况大概分为以下四种情况。
当单片机检测到与左循迹传感器相连的信号引脚为低电平，右循迹传感器的信号线为高电平时，说明左传感器位于黑线上，右传感器位于黑线之外，此时黑线不在两循迹传感器的中央，小车需要左转，使黑线回到两传感器中央。如图4-1所示

图4-1 小车左转程序框图
当单片机检测到与左循迹传感器相连的信号引脚为高电平，右循迹传感器的信号线为低电平时，说明右传感器位于黑线上，左传感器位于黑线之外，此时黑线不在两循迹传感器的中央，小车需要右转，使黑线回到两传感器中央。如图4-2所示

图4-2 小车右转程序框图

5 结论

本文对智能循迹避障小车的硬件与软件及功能实现进行了分析与研究，制作出了一款以STC89C52单片机为核心进行循线以及对障碍物进行自动避障的三轮智能小车，可能很好的实现对于黑线的循迹以及对障碍物的自动躲避，并对相应的情况进行刹车或转弯处理。
本设计在硬件方面选用STC89C52单片机进行控制，循迹使用 TR5000传感器进行循迹实现，避障通过HC-SR04进行障碍物的探测，配合 L298N驱动电机继续躲避，通过整个系统的配合进行完整的避障与循迹展示。软件上通过USB转TTL进行程序的下载与调试，通过调整程序参数进行小车的速度调整与探测精度来使小车达到很好的循迹避障效果。

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