智能寻迹小车在智能家居系统中的应用

摘 要 本文介绍了基于AT89C52单片机的智能小车的寻迹实现过程。采用红外线传感器作为小车的寻迹模块来识别路面信息与障碍物位置；使用路由器接收由小车摄像头采集的图像信息，通过电子PC设备来显示出来；采用H型桥式电路直接驱动直流电机控制电机的正反转，同时加入了舵机，使得小车的转向更加趋于稳定。该小车结构简单，易于实现，具有较高的可靠性。

【关键词】单片机控制 红外线传感器 寻迹小车 舵机 随着科学技术的不断进步，智能小车技术得到普遍的应用，主要涉及到汽车行业、工业企业和智能家居等领域。本论文是基于大学生创新创业训练项目下的智能寻迹小车系统的设计，其中包括硬件设计和软件设计两部分。硬件电路的设计主要包括微处理器的设计，传感器的设计，驱动电路部分的设计，避障电路部分的设计，寻迹模块的设计以及转向控制电路的设计等；软件电路的设计主要包括控制算法的设计。设计中在玩具电动车模型的基础上，增加光电检测器，实现对电动车模型的速度、位置和运行状况的实时检测，并将检测数据传送至单片机进行处理，再由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车模型的智能控制。

1 系统总体方案

采用AT89C52单片机作为整机的控制单元，通过模块化的设计方案，采用红外光电检测传感器和红外蔽障传感器组成不同的检测电路，检测小车的各种运动状态和数据。将测量数据传送到单片机进行处理，由单片机实现对电动小车的智能化控制。采用直流电机专用驱动芯片L298驱动直流电机。通过小车的智能寻迹功能，可以在很大的范围内收集各个终端节点的环境信息。 2 硬件电路的实现

2.1 微处理器的设计（即单片机） 2.1.1 AT89C52单片机选择

本设计采用AT89C52单片机，它是一个低电压、高性能的CMOS 8位单片机。该单片机片内含8kb的可反复擦写的Flash只读程序存储器、256b的随机存取数据存储器，该器件采用ATMEL公司生产的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准为MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。经市场调研，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 2.1.2 微处理器最小系统设计

AT89C52 单片机片内带有程序存储器，因此只需在芯片上外接复位电路和晶振电路便构成了处理器最小系统。在AT89C52单片机中，X1和 X2引脚连接晶振电路，X1接外

部晶振和微调电容的一端，作为内部时钟工作电路和振荡器的放大器的反向输入端； X2 接外部晶振和微调电容的另一端，作为振荡器放大器的的反向输出端。RST为单片机的复位端， 连接复位电路，该引脚为高电平时可使单片机复位，回到初始状态。 2.2 传感器电路设计

本设计采用RPR220型红外反射式光电传感器来对道路轨迹进行。当遇到反光性较强的物体（表面为白色或近白色）时，红外发射管发出的红外光被折回，并被光电三极管所接收， 将光电三极管光生电流的增大转为电压信号，被处理器接收并处理，即可实现黑白等反光性差别较大的两种颜色识别。

2.3 驱动电路的设计

直流电机使用专用驱动芯片L298驱动直流电机。作为专门用来驱动电机的芯片，L298内部集成了一个H桥电路和保护电路，这样在连接时第1，29，30脚必须通过10K电阻接地，第8脚必须直接接地，第11，12脚或27，18脚任意一组接电源即可。作为驱动步进电机的L298N的驱动芯片，其相线必须连接正确，否则电机不能正常工作，当连接测试时，不能用手接触MMC芯片的任何引脚，否则不能输出信号。如果过流保护被启动，芯片需要重新通电后才能恢复正常工作。当手碰到MMC的第1，29，30脚时，过流保

护将立即启动。 2.4 避障电路的设计

利用SM0038只能接收38KHz的红外光的原理，当红外发射管D2发射红外光遇到前方障碍物，将反射回来的光送给SM0038，其中也含有38KHz频率的红外光，接收管接收到信号1号脚将输出高电平，使Q4导通，P36将原来的高电平变为低电平，将信号送给单片机然后控制小车避开障碍物。

2.5 寻迹模块的设计

利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，本电路的核心器件选择红外对管ST178。小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，小车上的接收管及时接收反射光；当接收管处于饱和导通状态时，LM358的同相端由高电平变为低电平，LM358在这里作为比较器使用，则此时输出端由高电平变为低电平，将信号送给主控制器，再发出信号达到控制小车转向的目的。

2.6 转向控制电路的设计

该智能小车通过舵机转动来实现转向，通过PWM调速脉冲实现舵机的转动（舵机的输出转角与脉冲宽度成正比），当脉冲宽度在0.5～2.5ms之间变化时，相应的舵机的转角在0～180°之间变化。

3 其他部分的设计处理

通讯模块通过在小车上安装摄像头来进行小车周围环境信息的采集，然后使用?o线路由来接受采集到的信息，通过电子设备来查看收集到的信息，从而实现家居的智能化。 选用USB接口的数字摄像头，将摄像头连接在路由器的USB接口上，通过路由器上的摄像头驱动软件使摄像头工作，并由路由器将视频信号发送出去。电脑等终端接收设备，接收到视频信号后显示图像。

选取两个舵机来实现摄像头的稳定，同时通过AT89C52单片机控制舵机旋转一定的角度，把我们想要的图像传到电子设备上。

采用3节4.2V锂电池串联的方式共直接给步进电机供电，然后经过由稳压芯片构成的稳压电路将电压降至5V后给单片机及其外围逻辑电路供电。 4 软件设计

在单片机应用系统的开发过程中，采用C语言进行编程。 流程分析：主程序主要起到一个导向和决策的功能。根据小车所处位置的不同，确定小车的任务。当小车在黑线轨道上走直线时，程序对传感器的信号进行及时判断，左边信号为零时控制电机向左转，右边信号为零时控制电机向右转；在弯道时，为了不冲出轨道，保持左轮一直打偏，直到检测到右边信号为零时控制电机向右转，当右边信号为1时，

继续使左轮一直打偏。当检测到障碍物时，控制小车先后退向左转一定时间，再向右转一定时间，然后判断前方是否还有障碍物，一直到不能检测到障碍物的信号小车才能继续前进。 5 结语

本文设计的小车以AT89C52单片机为控制中心，并以红外线反射式传感器作为寻迹过程，从而来进行小车的避障，以LM298来控制和驱动电机的工作，并对小车的速度和方向控制方面进行了改进，加入舵机使得方向控制上有了很大改进，采集方面使用了摄像头进行采集，通过无线漏油将信息传到电子设备，从而实现了小车相对快速准确的寻迹与避障.该设计较为简单，成本低，并易于实现.在现代智能家居中可以起到很显著的作用，由于技术方面还是不够完善，所以在速度和方向控制上进行了多次改进，但还是不太理想，有待进一步研究。 参考文献

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[4]胡媛媛，邓世建，基于红外光电传感器的智能寻迹小车设计[J].电子设计工程，2011，19（07）：141-143. 作者简介

石礼纲，电气工程及其自动化专业14级学生，大学生创新创业训练计划项目负责人。 作者单位

沈阳城市建设学院信息与控制工程系 辽宁省沈阳市 110167