电动智能小车的设计与应用

郗雪蕾

摘 要：51系列单片机中的80C51是一款常见的八位单芯片控制器，以单片机为控制核心，通过输入输出接口来接收超声波传感器传递过来的探测信号，从而达到避开电动小车在前方道路上遇到的障碍物，同时调整行驶速度。还可以通过光照传感器来控制行驶轨迹，具备循迹功能。使用数码显示来显示行驶的速度，行驶时间以及行驶的里程数。

关键词：80C51单片机;自动避障;自动控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.035

1 前言

随着科学技术的进步和汽车工业的发展，电子计算机等新科技成果与现代汽车技术相结合产生了智能车。实现汽车的智能离不开新型的外部传感器件，只有通过外部传感器件才能感知外部世界，同时也离不开高效的处理核心，只有对外部感知信息做出正确的判断和处理才能指挥汽车做出正确的行动。目前我们对汽车的研究越来越深入也越来越精细，从而推动社会的进步和人民生活水平的提高。

2 系统总体设计

系统采用了80C51为系统的控制核心[1]，80C51是一款八位处理器单芯片控制器，它的系统完整性能够满足数据采集需要，并且也能满足对数据进行处理的时间精度的要求。使用超声波传感器来传递小车附近的障碍信息，超声波传感器将超声波信号转换成数字信号通过接口传递给控制核心，控制核心再根据收到的数字信号来控制小车的行驶。同样使用光电传感器来寻找小车行驶的轨迹，我们一般给小车布置黑色的行驶轨道。我们采用共阴极的数码管来实现行驶时间、速度和里程的显示。

3 硬件设计

3.1 51单片机硬件结构

80C51是一个八位的单芯片微处理器，能够进行数据存储和程序存储，具有片内存储和片外存储这两种存储结构，其中片内存储容量较小，片外可扩展至64K字节。它具有4个8位输入输出口，也就是32个位可控制口，同时都是双向口。具有2个外部中断、2个定时器和1个串行口，总共这5个中断源，这5个中断源在控制中经常用到。它有片内振荡电路和时钟产生电路，只要外接晶体和电容就可以产生振荡频率。

3.2 最小系统的设计

最小系统以80C51单片机为核心，并且接上时钟电路片外所需的晶体电容以及复位电路即可。80C51的时钟方式采用的是内部时钟方式，内部时钟方式延时小、能耗少、精度高。振荡电路的产生是通过在XTAL1、XTAL2引脚上外接一个定时单元，从而产生自激式振荡。复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，有上电复位和手动复位两种方式，本系统采用的是上电自动复位的方式。这样整个单片机系统就可以正常工作了，我们对电动小车的设计也就迈出了很重要的一步。

3.3 前向通道设计

前向通道包括超声波传感器模块[2]和红外光电传感器模块这两部分。超声波传感器通过超声波信号来探测前方障碍物的信息，一旦探测值达到规定范围，则转换为数字信号传递给控制核心。红外光电传感器模块可作为小车的循迹传感模块，通过遮光处理来规定小车的行驶轨迹。

3.4 后向通道设计

在单片机控制核心收到前方传感器发送给的数据信息后，单片机要根据收到的数据做出正确的判断，并且启动相应的接口程序，控制小车进行相应的动作。

3.5 显示电路设计

显示小车行驶的时间、速度和里程使用的是8位八段数码显示来实现的，其中4位显示时间时和分，另外4位显示速度和行驶的里程。

4 软件设计

在完成了整个硬件系统的设计之后，我们最大的工作和最多的难题就是来对每个应用来编写相应的程序。整个系统的软件设计也是有着举足轻重的地位。只要编写了正确的软件程序，才可以让我们面前的这一堆物件动起来。

以单片机为核心的控制系统，主要包括对接收到的数据进行处理和根据接收到的数据进行过程控制。数据处理主要包括数据的采集、数据的转换、数据的接收、数据的判断等。过程控制包括对接收到的数据进行分析和判断，控制外部设备的动作。

在整个系统的软件设计中，我们采用模块化的设计方法，先对前向通道中的模块进行软件设计，包括超聲波传感器模块和红外光电传感器模块。再对后向通道进行软件设计，后向通道的软件设计是本系统的主要工作内容，不仅包括对超声波传感器模块传递过来的信息的判断处理和红外光电传感器模块传递过来的信息的判断和处理，还包括实时时间的显示，速度的显示和行驶的里程数的显示。

5 总结

以80C51这个8位单芯片微处理器为控制核心，以超声波传感器和红外光电传感器为外接模块，依据现有的电动小车，在原来的基础上进行改进，通过外部传感器模块传递外部信息传递给单片机控制核心进行处理，从而实现了智能电动小车的设计和应用。

参考文献：

[1]李群芳.单片微信计算机与接口技术[M].北京：电子工业大学出版社，2015：16-26.

[2]赵勇.传感器敏感材料及器件[M].北京：机械工业出版社，2012：93-98.