基于单片机智能车控制系统的设计和应用郑振兴

基于单片机智能车控制系统的设计和应用郑振兴

郑振兴

(国电投（天津）分布式能源有限公司300380)

【摘要】自从首辆智能小车出现以后，就迅速的发展并且普遍的被应用在侦查、运输自动化以及监测和航空等各个领域。在我们的日常生活中，智能车也在发挥着越来越重要的作用。本设计是基于STC89C52单片机为控制核心的智能车控制系统的设计，整个系统主要由主控模块、按键模块、电机驱动模块、舵机模块、测速模块和显示模块构成。通过单片机的控制和各部件的协同工作完成小车的智能化运行。本智能车具有很高的智能型，而且价格便宜、实用性强，对现在的新型智能化汽车控制系统研究可以提供一定的参考价值。

【关键词】单片机；智能车；控制系统

一、单片机智能车控制系统的必要性

智能化技术可以体现一个国家的综合科技水平，目前国内外的许多学校及科技机构都积极投入大量的人力、财力研制展开对智能化技术的研究，因此在现在社会中受到的关注程度也越来越高。自从首辆智能小车出现以后，就迅速的发展并且普遍的被应用在侦查、运输自动化以及监测和航空等各个领域。在我们的日常生活中，智能车也在发挥着越来越重要的作用。一方面是因为在智能小车日渐提高的智能水平下，正在迅速地使人们的生活形式发生改变。另一方面人们从未停止过对自然的探索和改造，能够创造出助或代替人类劳动的机器也是人们梦寐以求的事情。随着时代科技的发展，计算机和智能化技术的开发越来越快，我们在智能控制技术也取得了巨大的发展，应用的范围也得到了极大的扩展。智能车系统应用到了很多的学科，比如自动控制、传感器技术、汽车等学科，是一个典型的高新技术结合体，具有非常高的民用和军用价值。随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术、人工智能等技术的发展，智能车辆技术将会拥有更强大的技术支持。

二、单片机智能车控制系统的总体设计

本应用是基于单片机智能车控制系统设计，主要包括主控模块、按键模块、电机驱动模块，舵机转向模块、测速模块以及显示模块。整个电路由小车电路和遥控电路这两个部分组成，所以使用两个单片机。小车主要由电机驱动模块、舵机模块和测速模块组成，遥控电路则由按键模块和显示模块构成，遥控面板可以控制智能车的前进、后退、左转、右转、停止以及加速减速，按下其中一个按键时，遥控面板上的单片机就会检测到该项指令，然后通过蓝牙传送给小车上的单片机，小车上面的单片机就会控制电机和舵机，使小车按照指定的命令进行运动。在小车运动过程中，测速传感器会检测到小车的运行速度并以脉冲形式传给单片机，单片机会将其转为数字信号通过数码管显示出来。

3单片机智能车控制系统的主要元件的选择

3.1单片机是将一个完整计算机系统集成在一个芯片上面虽然他的大部分功能都集成在一块芯片上面，但是它却具有一个完整计算机所需的大部分部件，比如：CPU、内存、内部以及外部的总线系统，现在有些单片机还会具有外存。同时还集成通讯接口、定时器，时钟等外围设备[4]。现在最强大的单片机系统已经可以将声音、图像、网络等复杂的输入输出系统全都集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器，因为它最早是被应用在工业控制领域。STC89C52单片机是一种带8K字节的闪烁可编程单片机，它具有低电压、高性能COMOS8的微处理器。STC89C52使用的是经典的MCS-51内核，但做了很多的改进，使得其具有很多传统51单片机不具备的功能。

3.2测速传感器：小车实际行驶速度指的是小车速度控制的控制输入量，只有准确实时的测量小车的运动速度才能够实现对小车速度的控制。传感器光码盘的转轴与小车的电机相连接，光源的光通过开孔盘的缝隙时会反射到光敏元件上，开孔盘随小车电机转动一周，光敏元件上被照到光的次数等于光码盘盘上的开孔数，从而可以测出电机的转动速度。具有较高的灵敏性[6]。

3.3电机驱动芯片采用L298N来控制电机的正反转来实现小车的前进和后退，并且如果再用上PWM，就可以实现整车的加速与减速，精确小车的速度[9]。

3.4舵机是一种角度伺服的驱动器，适用于角度需要不断变化并且可以保持的控制系统。舵机用由舵盘、位置反馈电位器、减速齿轮组、直流电机和控制电路组成。直流电机驱动减速齿轮组，其齿轮组的输出转轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器进行位置检测。控制电路可以根据电位器的反馈电压，与输入控制脉冲进行比较，然后产生纠正脉冲，控制直流电机正转或反转，使得减速齿的轮输出位置与期望值相复合，从而达到精确的控制转向角度的目的。

3.5蓝牙芯片是一种集成蓝牙功能的PCBA板，可以用于短距离的无线通讯，按功能可以分为蓝牙数据模块和蓝牙语音模块。蓝牙芯片可以避免射频信号变换为中频信号的，使系统结构简单、功能实现简单。本设计采用的蓝牙芯片为JDY-40，视距可以达到120米，采用串口通信接口，使用起来简单快捷。

3.6电机的选择130直流电机，电机的工作电压为3-6V，减速比为1:48，是一种双轴电机，具有较强的抗干扰能力。

四、单片机最小系统电路设计

单片机只有CPU，存储器和I/O接口不够的，要想完整的组成一个单片机应用系统，还需要一些其他部件，例如，晶振电路，复位电路等。采用的是无源晶振，结构简单，而且价格便宜。与单片机配合使用，STC89C52单片机是高电平复位，低电平正常工作。上电复位：电路稳态时，电容隔直通交，所以电容以下电路都与GND相等（0V），在电路通电的瞬间，电容开始充电，电容和下面的电阻就会形成通路，电压加在电阻上，所以与单片机相连的接口就为高电平，随着电容不断充满，电流逐渐减小，电压就又恢复到低电平，完成上电复位。手动复位：按键按下后电容就由按键到电阻形成通路，同时电容放电，复位接口就为高电平，随后按键弹起后电压变化同上电复位一样。电阻的作用是用来限流。一般电阻的大小选择10千欧。

五、单片机智能车控制系统的控制流程设计

主控流程是对本应用的整体控制。首先，系统初始化，数码管开始显示数字，单片机1开始检测是否检测到运动指令，如果检测到运动指令，单片机就会检测到相应的指令，然后通过蓝牙传送给小车的单片机，我们的小车就会开始运动，如果接收到加减速指令，小车就会相应的加速或者减速行驶。在我们小车运动的过程中，测速传感同时开始工作，将检测到的脉冲传给单片机以数字信号传递给数码管显示出来。

测速模块工作，首先是光码盘，它会随着小车的后轮一起运动。在光码盘转动时，测速传感器开始检测脉冲，每当一个光码盘的缝隙经过测速传感器时，测速传感器都会产生一个脉冲，然后并将所有检测到的脉冲传给单片机。单片机将脉冲变为数字信号传给数码管显示出。

舵机是控制小车转向的直接元器件，当我们打开电源时，系统就会检测是否收到转向指令，如果收到，单片机就会发出PWM信号，通过蓝牙传给单片机，控制舵机开始产生角度偏转，然后根据我们发出的是左转还是右转指令，舵机机会向相应的方向偏转，如果没有，结束。

智能车的调速程序设计打开电源以后，单片机会开始检测是否接收到加减速的指令，如果接受到了加减速的指令，单片机就会通过内部PWM调速来达到加减速的条件，通过蓝牙传给单片机，然后通过控制L298N电机驱动芯片改变电机的转速来实现智能车的调速。

结论

按照目前的发展趋势，汽车工业今后的发展将趋于智能化，这也是安全性要求越来越高的未来汽车的发展方向，随着以计算机技术和信息技术为代表的高新技术的快速发展，智能车辆技术的研究将会有飞跃性的进展。智能车辆系统实用化也是智能车辆未来发展的方向，功能性强、环境适应性好的智能车辆将是以后研究的重点。利用智能车辆成果给人们的的生活带来更大的便捷。

参考文献:

[1]赵旭东,魏慧竹,李曦.基于红外线传感器的智能寻迹小车设计[J].四川水泥,2016(10):37-42.

[2]张丹,师宁.基于MC9S12XS128单片机的智能小车设计系统[J].电子技术与软件工程,2016(20):83-96.

[3]聂茹.基于单片机的WIFI智能小车系统[J].微型电脑应用,2016(10):20-24.

[4]赵龙,王星,车通.智能小车的设计[J].企业技术开发,2012(20):75-78.