基于单片机的智能小车装置的方案设计

周佳升 郑胜华 郑雪白

[摘 要]本文针对基于单片机的智能小车装置的方案进行设计，从智能小车系统的总体设计入手，分别探究了智能小车的电源、驱动以及检测模块设计方法。其中，以51单片机作为小车核心控制器，采用可充电电池电源模块，能形成稳压电路，保证小车安全运行；采用直流减速电机，全面控制小车的运行前进和避障转弯；采用红外线探测和超声波避障模块，实现小车躲避障碍、自行行驶的功能。

[关键词]智能小车；避障模块；驱动模块；

中图分类号：TP872；TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0056-01

引言：智能小车，集计算机技术、软件编程、自动控制、传感器技术、机械结构于一体[1]，作为新型智能机器人设备的典型体现方式，其应用对人民生活生产和社会发展具有重要的意义。为了加强对自动化智能小车的设计研究工作开展，即进一步完善智能小车的功能，使其能更加稳定精确的避开障碍、稳定运行。因此本文以51单片机为核心，对小车内的装置模块进行方案设计。

一、智能小车的总体设计

本文中智能小车的总体设计由外部硬件和内部运行系统两部分组成，并对该两部分分项细化：外部硬件涵盖单片机控制系统、电源模块、探测模块、串口通信模块以及电机驱动模块；内部运行系统其主要为软件程序编程。

智能小车中的各个部分都相当重要，故若想全面开发智能小车的功能和作用，就要在明确设计需求的同时，对小车装置各个模块的具体内容进行研究。

二、智能小车的硬件设计

小车的硬件设计包括智能小车控制系统、外部框架组装以及各个模块的设计。

（一）小车的单片机控制系统

在对智能小车的安装方案有了整体的认识后，应进行具体的设计，作为基于单片机的智能小车，单片机控制系统自然是最为重要的核心部分。其中AT89S51单片机对智能小车的控制上能展现出了良好的性能，能够满足系统运行的需求，在超声波及红外线检测功能、开关功能以及脉冲控制信号等方面都能够实现控制。

（二）小车使用的电源模块

在智能小车所应用的模块中，电源模块最为重要。只有保证电源模块得到合理设计，才能为小车提供良好的行驶动力。在智能小车的电源部分，有蓄电池和充电电池两种方法可进行选择安装[2]。而在进行电源模块的设计中，既要充分考虑到小车的设计目的和使用环境，还要对环保节能等方面进行考虑。在综合分析了系统需要，以及小车运行驱动等方面后，对比蓄电池和充电电池之间的区别后，选择了可充电电池，作为小车的主要驱动电源，承担为单片机和其他运行模块供电的任务。其原因不只是这种蓄电池的体积小，分量轻，也是考虑到这种充电电池的电压较为稳定，能够实现循环利用。利用充电电池设计了电源电路，可以在小车内部形成了稳定的电压电路，继而保证小车能够安全运行。

（三）小车的红外线探测和超声波避障模块

本文设计的智能小车采用超声波和红外线作为小车实现探测避障功能的主要工具。在安装红外线探测器的同时，并安装超声波测距装置，利用这两种模块的结合，既可以对小车前进方向中存在的障碍物进行探测，并且能够计算障碍物的具体距离。其中超声波装置要注意适当地提高超声波发射电路的发射功率，从而达到提高超声测量距离的目的，并且在小车的每一侧都安装这种超声波测距离的装置。在结束全部相应的安装工作后，要对小车的避障功能和运行状态进行检查，在启动小车系统后，确保小车超声波和红外探测模块能够正常运转，使得小车能够实现躲避障碍，继而完成自行行驶。

（四）小车的串口通信模块

想要让小车内的单片机控制系统能够正常运转，就要对小车的通信模块进行设计，通过串口通信的设计让控制系统能够对小车完成控制。因为小车在实际的行驶和运行过程中，驱动芯片本身会对电源噪声较为敏感，所以在设计串口通信模块时，要对电源中的电容进行具体的设计[3]，让数据能够在串口通信模块中和小车的单片机互相发送数据，最终实现将单片机发送出来的命令，通过串口协议，将控制命令传送给小车。

（五）小车的电机驱动模块

在研究智能小車的驱动模块前，首先要研究智能小车的电机模块，只有保证电机模块和驱动模块设计合理，才能够保证小车能够稳定运行。考虑到智能小车的相关控制信号以及电机的正常运转，综合小车的主要功能，得知直流减速电机是智能小车的最佳选择。这种电机本身的重量较轻、体积较小且转矩较大，不止如此，直流减速电机的安装过程也相对简单，且使用简单，通过直流电机能对智能小车的运行前进和避障转弯进行全面的控制。比如，智能小车选用直流减速电机，通过单片机中的PWM调速法，输出特定的占空比，对直流减速电机的转速进行控制[4]。继而，智能小车可以实现通过驱动芯片控制智能小车的前后、转弯、停止等动作。

三、智能小车的内部运行系统设计

智能小车的内部运行系统设计其主要为程序编程设计。作为智能小车，为在实现智能化，需对其进行程序编程，可以采用C++或JAVA语言为主要的设计语言，编译小车驱动模块和系统模块的设计内容。在完成主体设计程序后，要对具体程序的运行情况进行检测，确保程序无误。

总结：综合上述，文中设计的智能小车实现了躲避障碍，循迹等多种功能，且将51单片机作为小车核心控制器，全面降低了小车整体制造成本的同时，也保证了小车整体性能的稳定。而在小车的传动部分中采用了控制简单方便的直流减速电机，提升了小车实用性能，让操作者能够更好的控制小车。此外，在传感器上使用了红外反射式传感器和超声波传感器，使躲避障碍的功能得到实现。

参考文献

[1] 冯惠秋，吕宁，黄帅峰.多功能智能小车的设计[J].职业，2011（3）：107-107.

[2] 张弘扬.基于单片机的智能小车装置的设计[J].科技风，2017，（20）：12.

[3] 樊泽明，梁振涛，马龙.一种基于单片机的智能小车设计[J].工业仪表与自动化装置，2014，（02）：69-73.

[4] 游雨云，丁志勇.单片机PWM信号控制智能小车的实现方法[J].技术与市场，2009，16（12）：28-29.