双智能小车设计

刘保通　王耀　张馨月　李峥

摘 要：设计一款双智能小车.采用AT89S52单片机为控制中心，L298N控制电机转动，红外传感器RPR220识别跑道，颜色传感器TCS230识别路灯颜色，光反射式接近开关方法测量智能小车运动过程中的距离.电路结构简单，设计比较容易实现.

关键词：双智能；传感器；单片机

[中图分类号]TP242.6 [文献标志码]A

Abstract：This thesis designs a double-intelligent car. The core of the car is AT89S52， controlling L298N to make two DC motors working. This function is involved with the realization of sound control by circuits， and the realization of position seeking by sensor RPR220 in the black track of the road， and the realization of the recognition to traffic signal lights by color sensor TCS230， and the distance measurement to the intelligent cars moving process by the way of light reflection approaching switch. This design used different sensors to achieve the basic functions， and these sensors can be controlled by SCM to realize the expected functions.

Key words：double intelligence； sensor； SCM

1 总体设计方案

小车的电路设计见图1.系统包括主控模块、寻迹模块、声控模块、电机驱动模块、电源模块、感光模块及测距模块.[1]系统以控制模块为核心，由单片机控制.电源模块为主控模块和驱动模块；寻迹模块探测地面上黑色路线，通过红外传感器RPR220实现寻迹功能；驱动模块是硬件的必备部分，实现小车的基本驱动要求；声控模块用声音信号启动小车，用声音传感器模拟电路；保护电路保护驱动模塊.[2]

2 单元模块设计

主控芯片使用51系列AT89S52单片机，寻迹模块使用光电传感器RPR220制成寻迹模拟电路，感光模块由颜色传感器TCS230和单片机组成感光电路，电机驱动模块由驱动芯片L298N和减少干扰的光耦组成电路，电源采用的是直流稳压电源，主要由变压器、整流桥、LM317组成的电路及LM7805组成.

2.1 声控模块设计

声控模块如图2所示.当声音传感器MIC有声音信号时，C1电容采集信号，在三极管Q1放大后，进行电压比较，此时LM358输出的是低电平；当声敏传感器MIC没有检测到声音信号时，LM358输出高电平.输出的高低电平由单片机控制.

用单片机开发板调试声控电路的灵敏度较好.外界声音的强度要大于一定强度才能有低电平输出，需要外接一定强度的声音才能启动小车.[3]

2.2 寻迹模块设计

6个光电传感器和LM339AN构成寻迹模块[4]，当检测到黑线时，输出端（OUT端）输出低电平，返回给单片机，单片机做相应的控制.寻迹模块原理如图3所示.寻迹电路正常工作时，光电管在黑线和白纸上移动，图3中R2上端的电压（即LM339的4脚）变化可以达到3～4 V.如果电压变化不明显，则需要更换R2阻值，因为R1和R2阻值直接影响寻迹模块实验结果的性能及稳定性.R1为限流电阻，其大小决定发射管的功率.发射管发射功率越大，可寻迹空间范围越大. R1阻值为：

2.3 感光模块设计

感光模块工作原理如图4所示.用TCS230的引脚S2和S3，改变输出比例因子的值2%，20%和100%，非静态地得到期望的滤波器[9]，判别光源的出处.传感器的输出频率值为2 Hz～500 kHz，电源线的电容退耦值为0.1～10 μF，电容离芯片越近效果越好.为了增强抗噪声性能，将低阻抗连接到芯片的OE引脚和GND引脚之间.选择低速频率计数器，达到判断红绿灯的要求.感光模块将单片机和颜色传感器结合起来.[5]颜色传感器上面有64个发光二极管.这些发光二极管划为四类，分别为16个绿色滤波器、16个红色滤波器、16个蓝色滤波器，剩下的16个为一类，能透过光信息.64个发光二极管交叉排列可提高颜色识别的精确度，降低入射光辐射的不完整性，提高其利用率.16个颜色一样的光电二极管整齐地并联起来，消除位置误差.

2.4 电机驱动模块设计

电机驱动模块由单片机最小系统、驱动芯片L298N、直流电机、光电耦合器组成，如图5所示.单片机通过光电耦合和L298N的4个输入端和2个使能端相连接，通过四个输入端输入PWM波，控制小车左右转、倒车和停车.使用光电耦合主要是为了隔离单片机和L298N，增加单片机的稳定性.输出端和直流电机相连接，每个直流电机的两端并联一个104的电容目的是滤波，增加电机的稳定性.

2.5 电源模块设计

电源模块有电源变压器、滤波电路、稳压电路等几部分构成，输出端并联在2个L7805上，如图6所示.电源模块需要直流稳压[7]，采用先变压、再整流、再滤波、之后再稳压的方式，获得可调节的电压为1.25～24 V的直流电.采用220 V市电利用变压器，对电流点进行整流、正弦波的转变、滤波等一系列的操作得到适用的输出电压，最后通过稳压电路稳定输出5 V和12 V电压.

2.6 测距模块设计

光电传感器原理见图7.光电传感器将发射和接收结合在一起[8]，通过对发射光进行一系列的操作降低可见光的影响.三个输出端口的NPN型光电开关，一个端口与电源、一个与数字地、另一个与单片机接口相连.数字电路中的高、低电平用0，1表示，小车尾部的电位器可改变障碍物间的距离.

3 结论

设计了一款双智能小车.运用声控电路实现声音控制，采用RPR220传感器实现寻迹（按路面的黑色轨道行驶），通过颜色传感器TCS230实现红绿灯的识别，采用光电反射式接近开关实现测距.小车通过调整PWM值，稳定高速前行.测试结果表明，小车运行正常，达到设计要求.

参考文献

[1]陈飞鹏.基于STC89C52单片机智能小车设计[J].硅谷，2012（11）：43-44.

[2]高华磊，迟雨杰，张少飞，等.多功能智能车的论证与设计[J].中国科技信息，2012（11）：141-141.

[3]鲁小雨.基于MC9S128单片机的智能小车控制系统设计与实现[J].成都大学学报：自然科学版，2011，30（3）：，264-267.

[4]叶郑凯，朱建鸿，李琳，等.基于单片机的无线遥控智能小车的设计与实现[J].计算机与现代化，2012（10）：65-67.

[5]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（2）69-73.

[6]葛广军，杨帆.基于单片机的智能小车控制系统设计[J].河南城建学院学报2011，20（3）：47-50.

[7]冯平，张治平.基于可调式稳压器LM317的直流稳压电源[J].电子测试，2009（5）：70-73.

[8]刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.

编辑：吴楠