基于STC89C52RC單片機(jī)的汽車智能駕駛員輔助系統(tǒng)設(shè)計摘要步入20世紀(jì)80年代，汽車開始實現(xiàn)電子化、智能化。以前一些相對高級的配置只會在昂貴的車輛上出現(xiàn)，現(xiàn)在已經(jīng)逐步進(jìn)入普通家庭的私家車。學(xué)習(xí)駕駛證并擁有一輛車的門檻越來越低，汽車駕駛過程中的安全問題也越來越重要。通過車載傳感器的預(yù)警，及時糾正駕駛員在駕駛過程中的誤操作。針對以上問題，本文設(shè)計了一種以STC89C52RC單片機(jī)(一款具有高運(yùn)行速度、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī))作為主要開發(fā)平臺的模擬汽車駕駛輔助系統(tǒng)。采用模塊化的設(shè)計方案，運(yùn)用L289N驅(qū)動模塊來控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、啟動和停止，運(yùn)用紅外傳感器來判別道路中會出現(xiàn)的障礙物。經(jīng)過單片機(jī)采集信息后處理分析來模擬汽車在行駛過程中的定速巡航和自動躲避障礙的功能。運(yùn)用一些外在條件去模擬道路中可能會出現(xiàn)的意外情況，從而讓小車去判斷處理，通過實驗數(shù)據(jù)分析，改進(jìn)車輛。以減少因意外導(dǎo)致的車輛運(yùn)行不穩(wěn)，進(jìn)而實現(xiàn)智能小車避障循跡功能，保障車輛行駛時保障駕駛員的安全。測試結(jié)果表明，在運(yùn)用STC89C52RC單片機(jī)作為主要運(yùn)算器件的硬件系統(tǒng)運(yùn)行流暢，提高了駕駛輔助系統(tǒng)的計算能力，特向紅外傳感器是比較靈敏的，該系統(tǒng)的安全性高，可以在實際的生產(chǎn)生活中運(yùn)用。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；汽車；循跡；避障目錄1緒論 11.1課題研究背景及意義 11.2課題研究現(xiàn)狀 11.3論文的主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu) 22系統(tǒng)方案設(shè)計 32.1系統(tǒng)功能描述 32.2系統(tǒng)工作原理及構(gòu)成 32.2.1工作原理 32.2.2系統(tǒng)構(gòu)成 42.3主要元器件選型 42.3.1主控模塊 42.3.2循跡模塊 52.3.3避障模塊 62.3.4電機(jī)驅(qū)動模塊 62.4機(jī)械系統(tǒng) 72.5電源模塊 73系統(tǒng)硬件設(shè)計 83.1STC89C52RC單片機(jī)簡介 83.2總體設(shè)計 83.3L289N驅(qū)動電路設(shè)計 103.4循跡避障電路設(shè)計 113.5信號檢測模塊 123.6主控電路設(shè)計 134系統(tǒng)軟件設(shè)計 144.1主程序設(shè)計 144.2電機(jī)驅(qū)動程序設(shè)計 154.3循跡程序設(shè)計 164.4避障程序設(shè)計 165系統(tǒng)的測試 185.1功能測試 185.1.1電路測試 185.1.2光電模塊測試 185.1.3電機(jī)調(diào)試模塊測試 195.2紅外循線模塊測試 195.3測試結(jié)論 216結(jié)論 22參考文獻(xiàn) 24附錄1：系統(tǒng)原理圖 1附錄2：部分源代碼 11緒論1.1課題研究背景及意義伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的普及和發(fā)展以及汽車進(jìn)入到了千家萬戶，汽車內(nèi)乘坐人員的安全問題是相當(dāng)重要的。安全高效的智能駕駛輔助系統(tǒng)越來越被人們所關(guān)注。汽車駕駛員的駕駛行為主要就是完成制動、加速、勻速、轉(zhuǎn)彎等一系列的操作，伴隨著駕駛員需要時刻關(guān)注路況，車內(nèi)車外的環(huán)境因素影響，可能會使汽車出現(xiàn)事故的概率加大，在這種情況之下應(yīng)該通過一些技術(shù)手段幫助之下減少事故發(fā)生的幾率，盡可能保障乘車人員的安全。同時在行車過程中可能會遇到駕駛員疲勞駕駛，醉酒駕駛，超速駕駛，注意力分散，不系安全帶等一些問題。以酒駕為例，在進(jìn)幾年內(nèi)酒駕事故頻發(fā)，尤其在節(jié)假日期間，駕駛員在飲酒后，酒精會進(jìn)入血液麻痹駕駛員的整個神經(jīng)系統(tǒng)，駕駛員的小腦無法即使對身體控制系統(tǒng)作出反應(yīng)，這在生理上主要表現(xiàn)為動作遲緩，心理感知變得麻木，相應(yīng)的駕駛員的視覺中樞變得模糊，對于環(huán)境無法準(zhǔn)確判別，對于駕駛室內(nèi)的操作也無法進(jìn)行準(zhǔn)確操作進(jìn)而可能會導(dǎo)致事故發(fā)生。更甚至有些駕駛員無視交通法規(guī)，喜愛開快車，在車輛快速駕駛的過程中，駕駛員的視線變得狹窄，視力減弱，對于出現(xiàn)在眼前的物體根本來不及進(jìn)行判別這需要通過傳感器開始介入控制，實現(xiàn)緊急避險。道路千萬條，安全第一條，行車安全永遠(yuǎn)是車主們要時刻注意的，現(xiàn)階段，輔助駕駛系統(tǒng)大致處于L2級別，即現(xiàn)階段的駕駛輔助系統(tǒng)人占了主導(dǎo)地位。在這個級別中，人能將車輛交給系統(tǒng)駕駛，例如使用自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（AdaptiveCruiseControl）的時候，但也可以隨時接管。在智能系統(tǒng)的協(xié)助之下，車輛的安全性、經(jīng)濟(jì)性、駕乘舒適性都提高不少。輔助駕駛員更安全地駕駛\o"汽車"汽車，從而讓駕駛員的行車過程更加安全、輕松，甚至在特殊時刻救我們一命。1.2課題研究現(xiàn)狀早在20世紀(jì)20年代駕駛輔助實驗就已經(jīng)開始進(jìn)行了，全球來看目前的駕駛輔助系統(tǒng)主要控制權(quán)在西方巨頭手中。比如博世、大陸、安波福、采埃孚、特斯拉等廠商利用積累的大量優(yōu)勢成果，在駕駛輔助系統(tǒng)行業(yè)市場中占有了比較高的份額，核心技術(shù)主要在德國、美國、日本手中。而且國外早已在飛機(jī)、救護(hù)車、運(yùn)輸車（運(yùn)輸船）、軍工武器等一系列特定裝備上部署駕駛輔助系統(tǒng)，因此這些廠家積攢了大量的開發(fā)經(jīng)驗可以把駕駛輔助系統(tǒng)運(yùn)用在民用車上，甚至部分車輛已經(jīng)具備L3級駕駛功能。我國因為駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展尚不成熟，比西方世界起步晚了好久。而且國內(nèi)大多車企的發(fā)展還處于初級階段，具有成熟技術(shù)的廠家一家獨(dú)大。隨著國家介入扶持國產(chǎn)汽車（蔚小理）理想、小鵬、蔚來等已相繼推出了L2級駕駛輔助功能的車型。隨著國家企業(yè)的技術(shù)不斷提高，國內(nèi)的駕駛輔助系統(tǒng)會越來越智能化，各大廠商會有更好的產(chǎn)品推向市場。1.3論文的主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)根據(jù)目前汽車駕駛控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及當(dāng)前對于汽車駕駛輔助的需求，研究開發(fā)了一種利以多種傳感器作為開發(fā)平臺的汽車駕駛輔助控制系統(tǒng)，集合定速巡航、躲避障礙于一體的車載式車輛駕駛安全輔助系統(tǒng)。其功能可以根據(jù)實際控制配件進(jìn)行靈活裝配，對于硬件進(jìn)行配置處理，縮小成本。本篇文章將從以下六個部分對駕駛輔助控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案、軟件設(shè)計功能流程等各方面作詳細(xì)的闡述。第一部分：緒論。對探究本論題的目的意義分別進(jìn)行系統(tǒng)化描述與論證，并簡潔地對國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀做出分析；第二部分：設(shè)計方案。針對系統(tǒng)所要求完成的設(shè)想進(jìn)行合理化分析和原理實現(xiàn)，并對可執(zhí)行方案中的元器件選擇進(jìn)行數(shù)據(jù)測試分析，挑選出合適的元器件，為電路的設(shè)計打好基礎(chǔ)；第三部分：硬件電路。根據(jù)系統(tǒng)的方案及所選用傳感器、元器件的功能特性，繪制出系統(tǒng)原理圖，對各模塊化電路和總體電路進(jìn)行構(gòu)想和實現(xiàn)，完成對系統(tǒng)的硬件電路；第四部分：軟件設(shè)計。根據(jù)硬件系統(tǒng)的設(shè)計提出軟件代碼的編寫開發(fā)，并設(shè)計出合適的軟件流程圖對系統(tǒng)的軟件流程做細(xì)節(jié)描述；第五部分：實物檢測調(diào)試。把整個軟硬件系統(tǒng)結(jié)合起來，不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)測試分析，完善小車的功能，讓小車可以達(dá)到預(yù)期的效果。第六部分：結(jié)論。對系統(tǒng)做出系統(tǒng)化總結(jié)，提出系統(tǒng)實現(xiàn)了哪些功能，對系統(tǒng)提出合理化的預(yù)想，分析模塊設(shè)計還有那些不合理。2系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)功能描述汽車智能駕駛輔助系統(tǒng)的主要目標(biāo)人群就是汽車內(nèi)的乘客，該系統(tǒng)實現(xiàn)了汽車在道路中可以按照一定路線行走和感知到前方和側(cè)邊出現(xiàn)障礙物時自動躲避功能，保護(hù)汽車中的乘客可以在危險到來時躲避風(fēng)險，能夠及時有效的幫助汽車從可能發(fā)生的危機(jī)中脫離，減少事故發(fā)生的可能。1.巡航功能：利用紅外傳感器可以對特定顏色的線路進(jìn)行檢測識別，從而來模擬汽車在行駛過程中識別馬路上的特定路線，以保證汽車在行進(jìn)過過程中可以實現(xiàn)按照特定路線行駛，可以一定程度減少駕駛員的肌肉壓力，讓駕駛員把注意力主要放在處理路況上來，當(dāng)然也不能讓駕駛員掉以輕心。2.避障功能：通過紅外傳感器檢測汽車行駛過程中道路是否會有障礙物出現(xiàn)，比如人、動物、車輛、雜物等等，并通過系統(tǒng)分析處理，讓車輛可以安全避開阻擋得東西，保護(hù)乘車人員的安全。2.2系統(tǒng)工作原理及構(gòu)成2.2.1工作原理循跡感應(yīng)器的實現(xiàn)理論:光子會被紅外反射器射出，折射的紅外會被白色物質(zhì)反射處理，反射的光線會被接收裝置感知到。單片機(jī)控制的低電平會被施密特啟動裝置編譯整形后輸出來了；黑色物質(zhì)會吸取掉紅外，反射光子無法散射出去，從而接收裝置無法接收到信號，施密特發(fā)出高電平經(jīng)由啟動裝置編譯整形后輸出出來。避障感應(yīng)器的實現(xiàn)理論：紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線可以作用于紅外避障，障礙物的反射率達(dá)到一定強(qiáng)度時就會被接收器接收到并送至單片機(jī)判斷，處理結(jié)果從而讓小車避開障礙。障礙物如果不存在車輛前方的話，車子左右的兩個輪子都會向前正轉(zhuǎn)，那么小車就會直線前進(jìn)。當(dāng)障礙物在車輛左前方被感應(yīng)器發(fā)現(xiàn)，障礙物反射率達(dá)到額定值，單片機(jī)就會發(fā)送信號反轉(zhuǎn)右側(cè)的輪子，則小車倒轉(zhuǎn)至左后方并向右轉(zhuǎn)彎，從而避開了左邊的障礙物。小車會在很短的時間控制向右前方走動，在完成轉(zhuǎn)彎之后，左邊感應(yīng)器感知不到障礙物，單片機(jī)就會讓小車?yán)^續(xù)向正前方直走。當(dāng)車輛右側(cè)的感知器感應(yīng)到阻礙物，當(dāng)車子快要要撞到障礙物前，單片機(jī)反轉(zhuǎn)控制左邊的輪子，則小車快速向左前方轉(zhuǎn)彎，從而方向轉(zhuǎn)向了障礙物左方，從而避免車輛碰撞。小車隨即在完成轉(zhuǎn)彎之后，兩個輪子開始正向轉(zhuǎn)動，單片機(jī)控制小車驅(qū)動模塊讓小車?yán)^續(xù)往沒有障礙物的地方直行。兩側(cè)感應(yīng)器如果同時感應(yīng)到前方有阻礙前進(jìn)的物體，單片機(jī)就會同時反轉(zhuǎn)控制左右兩邊的輪子，小車會向正后方直著走，預(yù)防小車會碰撞到物體。一小會兒后直線倒退結(jié)束，當(dāng)左右兩邊的感應(yīng)器都感應(yīng)不到有物體之后，單片機(jī)控制小車右輪后轉(zhuǎn)一小會，然后控制車輛直線前進(jìn)左右兩輪變成正轉(zhuǎn)；之后小車會不斷地重復(fù)以上步驟進(jìn)入一個死循環(huán)直至關(guān)閉電源為止。2.2.2系統(tǒng)構(gòu)成開發(fā)汽車智能駕駛員輔助系統(tǒng)需要從很多的方面去考慮比如時間、金錢、開發(fā)周期以及功能的實用性等方面考慮小車對于駕駛員的安全保障是否可以達(dá)到系統(tǒng)理想的預(yù)期。該輔助系統(tǒng)需要實現(xiàn)自主循跡、避開障礙的功能等功能。汽車智能駕駛員輔助系統(tǒng)的功能設(shè)計的總體框圖如圖2.1所示。圖2.1汽車智能駕駛員輔助系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計2.3主要元器件選型2.3.1主控模塊方案一:該系統(tǒng)的cpu采用一枚CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件），。CPLD采用CMO這種元件的功能主要是控制和分析，該元件主要使用SEPROM、EEPROM、快閃存儲器和SRAM等編程技術(shù)，進(jìn)而融合形成密度大、速度快和功耗低的可編程邏輯元件，但是單片機(jī)相較于CPLD的低精度控制就比較出色了。因為，CPLD的運(yùn)行分析太迅速了，而小車的速度實在過慢根本無法及時做出正確的響應(yīng)，因此處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性要求也就不會過高，所以單片機(jī)就已經(jīng)足夠硬件和程序的開發(fā)使用。采用這種方法，有可能在控制細(xì)節(jié)上遇到太多不必要的麻煩使得控制變得難以處理。方案二：系統(tǒng)的cpu核心使用STC89C52RC單片機(jī)，小車在其控制之下運(yùn)行，車輛會達(dá)到預(yù)期判斷。經(jīng)過詳細(xì)分析，系統(tǒng)的問題核心是怎么樣可以讓小車可以快速高效地運(yùn)行，單單看來，單片機(jī)控制相對是簡單、方便、快捷。單片機(jī)完全可以充分釋放其內(nèi)存，單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以靈活方便的管制、位尋址功能性操作、極其低廉地價格。功能復(fù)雜的量化開閉輸入輸出技術(shù)，讓單片機(jī)需要勝任處理多開閉量的精確度，所以簡化的I/O口和存儲型程序的微型單片機(jī)就無法被運(yùn)用了，也不再可以使用D/A、A/D。再三分析之后操作主控選用STC89C52RC單片機(jī)，這個單片機(jī)的按位尋址強(qiáng)的厲害，價格又非常低廉是52這款單片機(jī)難能可貴的優(yōu)勢，該設(shè)計可以充分展露出STC89C52RC單片機(jī)的性能。結(jié)論：CPLD的編程太過于復(fù)雜了，如果使用CPLD就會導(dǎo)致系統(tǒng)總體設(shè)計的難度被抬升，經(jīng)過不斷考慮傳感器的使用以及兩部電機(jī)的裝配等諸多先決條件之后，認(rèn)為應(yīng)該使用STC89C52RC單片機(jī)，因為該單片機(jī)從諸多方面來說都比較適合該系統(tǒng)的開發(fā)使用。2.3.2循跡模塊方案一:采用光電傳感操作外部電路勘測，效果不是很好，而且行駛過程中的穩(wěn)固性要求達(dá)不到預(yù)期，誤差偏大、路面條件和反射物質(zhì)對小車影響巨大。十分又出現(xiàn)問題的可能。。方案二:使用一對紅外對管RPR－220探測，放置在小車前方的兩邊，根據(jù)兩只光電通閉探測黑色物質(zhì)的情況來管控小車調(diào)向來調(diào)整車向，測試結(jié)果展露，只要裝配好兩只光電開關(guān)的位置就能夠?qū)崿F(xiàn)小車循跡。RPR－220是一體化光電勘測器。其發(fā)光器是一個砷化鎵二極管，而收光器是一個硅平面三極管。結(jié)論：汽車智能駕駛員輔助系統(tǒng)模擬RPR－220光電反射器可滿足光電收發(fā)需求且成本低廉、安裝又比較方便，因此選擇RPR－220光電反射。2.3.3避障模塊方案一:使用超聲波檢測障礙是個好辦法，但超聲波極易受環(huán)境限制，而且電路連接復(fù)雜，同時地面會對超聲波的反射進(jìn)行吸收，運(yùn)行的時候會影響系統(tǒng)對障礙物的判別。方案二:采用紅外線避障，利用單片機(jī)發(fā)射的38KHz信號對光電反射管加以操控，發(fā)射出去的光線遇到白色物質(zhì)時被折射回來，光電反射管對反射回來的信號進(jìn)行解構(gòu)分析，輸出TTL電平。高強(qiáng)度傳感器可以降低外界紅外信號的干擾，又因為該模塊易于實現(xiàn)，價格易于接受，所以采用方案二了。結(jié)論：汽車智能駕駛員輔助系統(tǒng)中的避障功能需要小車做出快速的反應(yīng)，所以選取RPR－220反射型光電探測器并通過單片機(jī)對接收到的信號加以處理。2.3.4電機(jī)驅(qū)動模塊方案一:驅(qū)動電路使用分式元器件，單片機(jī)快速對該電路其進(jìn)行有效的操作，但由于會裝配上兩個繼電器，會使分立元件占用空間過大，因為還要考慮到小車的空間部署問題，所以理想的方案不會優(yōu)先考慮此種方式。方案二:雙通道推挽式功率放大電路集成使用L289N模塊，該模塊主要功能時控制和驅(qū)動電機(jī)，單片機(jī)IC之中集成分立電路，可以大大減少外設(shè)使用的成本，提高小車的性能、縮短開發(fā)周期。而且該芯片具有的抗干擾性極高，主要源自兩個TTL/CMOS電平的兼容進(jìn)入;反正向運(yùn)行可以讓兩個輸出端快速反應(yīng)去驅(qū)駛電機(jī)，強(qiáng)大的電流流通馬達(dá)，能讓每個通道都能經(jīng)通800mA的穩(wěn)定電流，1.5A的峰值電流會激發(fā)小車的性能;同時它具備很小的飽和輸出壓降;反轉(zhuǎn)電流沖擊的同時可以讓負(fù)載感應(yīng)被二極管釋放處理，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加高效快速。結(jié)論：3.3VMCUARM支持控制L289N驅(qū)動模塊，便捷地控制直流電機(jī)速度和方向，也可以控制2相步進(jìn)電機(jī)，5線4相步進(jìn)電機(jī)。L289N模塊是汽車智能駕駛員輔助系統(tǒng)的必備良器。2.4機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動模塊:由于該系統(tǒng)設(shè)計的直流電機(jī)功率相比較小，又因為小車要裝備電池、電機(jī)、電子等器件，使得電機(jī)負(fù)載過大，所以我們要選擇多電池的適配模組組裝開發(fā)設(shè)計。電池的安裝位置:在電機(jī)前后位置安裝電池組，使得車子重心變低，讓可靠性變高，在此提高驅(qū)動輪的摩擦力，從而增強(qiáng)驅(qū)動的動力。2.5電源模塊方案一:采用USB接口供電有線電源輸出，其優(yōu)點(diǎn)是5V的穩(wěn)定電壓輸出，可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行但占用資源比較大，并且有時候電源的電壓無法提供足夠的能源給更多的元器件。方案二:采用4支1.5V電池組單電源供電，6V的電壓足夠同時給電機(jī)和單片機(jī)供電，組裝不占用地方，適合于系統(tǒng)的便攜開發(fā)。經(jīng)過分析：6V的四組電池更適合給機(jī)電供電，所以采用方案二。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1STC89C52RC單片機(jī)簡介STC89C52RC是一種低耗能、高性能的CMOS8位控制設(shè)備,而且擁有8K可編程flash存儲模塊。采用宏晶科技有限公司的高精度不易丟性存儲器技術(shù)研發(fā)，完全兼容80C51的引腳指令集。STC89C52RC擁有相當(dāng)靈活的8位CPU，也可以用Flash靈活編程，這些使得STC89C52RC嵌入式操控使得系統(tǒng)更加靈巧。如下圖3.1STC89C52RC所示。圖3.1STC89C52RC引腳圖3.2總體設(shè)計主控制器直接與電機(jī)驅(qū)動器控制相連然后控制智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪的左右兩邊各用一個電機(jī)驅(qū)動，電平信號控制輸出直接驅(qū)動兩輪電機(jī)實現(xiàn)智能小車移動平臺的轉(zhuǎn)向、前進(jìn)、后退控制。循跡模塊，需要在小車的底盤下裝載一片紅外識別傳感器，當(dāng)車體下部的傳感器探測到軌跡線時，主控芯片就會向驅(qū)動模塊發(fā)出信號控制兩輪電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛向前直行。當(dāng)小車右方傳感器勘探到障礙物時，主控芯片對接收到的信息處理并向驅(qū)動模塊發(fā)送信號控制右側(cè)電機(jī)停止運(yùn)行。左輪運(yùn)轉(zhuǎn)與右輪同理。在車避障功能需要在車載平臺的左右兩側(cè)各裝一個一個紅外光電對管，當(dāng)其檢測到障礙物時,主控芯片接受到信號處理之后向驅(qū)動模塊發(fā)送信號報警并促使小車倒退,轉(zhuǎn)向，進(jìn)而避開前方的障礙物。如圖3.2主板設(shè)計框圖。圖3.2主板設(shè)計框圖表3-1元器件清單元件數(shù)量元件數(shù)量元件數(shù)量直流電機(jī)2只電阻若干集成電路芯片若干單片機(jī)1塊二極管若干電容若干紅外對管2只蜂鳴器1只電位器若干12M晶振1只杜邦線若干小車模塊1只排針若干液晶屏1只一體化紅外接收頭1只3.3L289N驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動電機(jī)一般采用H橋式驅(qū)動電路，L289N內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動電路，從而來使用L289N電路來驅(qū)使電機(jī)。其引腳圖如圖3.4，L289N驅(qū)動原理圖如圖3.5。圖3.4L289N引腳圖圖3.5驅(qū)動原理圖3.4循跡避障電路設(shè)計有光情況：光敏電阻R1變小，V2變大假設(shè)V2=4.6VT，V3電壓4V，V2>V3同向端小于反向端，比較器部分開始運(yùn)作，給單片機(jī)識別低電平為0的OUT5輸出，out5的引腳if語句找到。無光照情況：光敏電阻R1變大，V2變小假設(shè)V2=3.2V，V3電壓不變還是4V，V2<V3反向端小于同向端，單片機(jī)會識別OUT5輸出為1的高電平，out5的引腳被單片機(jī)通過if找到。市面上有多種反射型光電光源，紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管都是比較常見的二極管。位于勘測區(qū)域的反射表面可以被光源照射的同時又能被接收器檢測到就能被光電傳感器接收轉(zhuǎn)換為電信號，這是一種相較理想的結(jié)果。影響反射光的原因有太多，不確定因素如反射物質(zhì)的形狀、顏色、光潔度，還有周圍環(huán)境的影響比如日光、日光燈照射等。倘若使用發(fā)射管和接收管進(jìn)行探測將可能因為信號的干擾導(dǎo)致結(jié)果偏差。將發(fā)送出的電信號經(jīng)調(diào)制轉(zhuǎn)化后傳送給光電發(fā)射管射出就是紅外反射法的探測理論，廣電接收管接收到反射的紅外信號，原理如圖3.6所示。圖3.6尋光電路原理圖傳感器使用要根據(jù)地點(diǎn)的不同要做出不同的選擇，勘測的距離也會不同，可從幾毫米到幾米。自動尋跡和小車輪子控制感應(yīng)器，反應(yīng)距離都在1cm左右，感應(yīng)環(huán)境都在陰影下，不易受到日光的干擾。所以，兩種探測的傳感器都采用RPR－220反射紅外傳感。在對幾個型號的傳感器了解對比之后，選用了價格、性能合適的048W封裝的反射型光電傳感器。單片機(jī)的信號處理量應(yīng)當(dāng)越少越好傳感器的數(shù)量就應(yīng)該少，該小車一共安裝有兩對紅外光電傳感器，傳感器將把檢測到的信號通過放大器放大整形送至微處理器開始進(jìn)行判斷、運(yùn)算、控制。LM324是內(nèi)置四個運(yùn)算放大器的集成器件，用1個LM324能完成簡單電路的鏈接，響應(yīng)快，波形規(guī)則，調(diào)試簡單。LM324的紅外循線模塊原理圖如圖3.7所示。圖3.6紅外循線原理圖1.沒有檢測到黑線，則H4發(fā)光到白紙光反射到H4接收端，H4接收端導(dǎo)通，導(dǎo)通則T1接地=0。2.有檢測到黑線，則H4發(fā)光到黑線上的時候光全部被消耗，H4接收端，沒有收到任何信號，因為H4不導(dǎo)通，則T1=VCC。3.5信號檢測模塊小車循跡原理是小車在黑色膠布的白色路面上前進(jìn)，黑色和白色對光線的反射系數(shù)大不相同，可根據(jù)接收到的反射光線的強(qiáng)弱來判斷“道路”該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法：紅外探測法。紅外探測法的原理就是不同顏色的物質(zhì)表面擁有不同的反射性質(zhì)。小車在前進(jìn)途中不斷地向地面發(fā)射紅外光，漫散射的紅外光遇到白色地面會被小車的接收裝置接收;紅外光要是被黑色吸收，那么小車就收不到信號，通過LM393作比較器采集高低電平，實現(xiàn)信號的檢測。3.6主控電路設(shè)計本模塊主要是對所有采集到的信號進(jìn)行分析處理，同時對給出的PWM波控制電機(jī)速度，起停，以及在檢測到障礙報警等作用。單片機(jī)對所有的信號整合處理作出一個合適的運(yùn)行反饋。其原理電路圖如圖3.7。圖3.7主控制電路設(shè)計4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計打開電源，小車開始運(yùn)行。紅外接收管檢測黑線，倘若檢測到黑線，那么紅外傳感器輸出高電平，小車將順著黑線行駛。小車裝有兩個紅外傳感器，一左一右，用來感知黑線信號。左燈亮，小車向左，右燈亮，小車向右。左右兩個傳感器不斷向cpu發(fā)送信號不斷控制信號處理，使小車始終保持沿黑線行駛。小車運(yùn)行，也在檢測前方障礙物，如果小車前方有障礙，光電傳感器給單片機(jī)輸出一個低電平，同時小車的安裝程序控制右輪反轉(zhuǎn)，啟動障礙。系統(tǒng)主程序流程如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序功能圖如圖4.2所示。圖4.2主功能圖4.2電機(jī)驅(qū)動程序設(shè)計L289N驅(qū)動模塊在接收到單片機(jī)發(fā)送的信號之后加以處理，對電機(jī)的驅(qū)動做出一系列反饋，控制小車能夠按照正常的邏輯完成它的功能。電路驅(qū)動流程圖如圖4.3所示。圖4.3電機(jī)驅(qū)動程序流程圖4.3循跡程序設(shè)計循跡模塊的程序控制流程：當(dāng)打開小車開關(guān)，小車的左右兩個紅外射線管放射光線，如果前方?jīng)]有障礙物單片機(jī)就會處理成高電平從而小車一直循環(huán)操作，被障礙物反射后由紅外接收管處理成低電平，小車開始控制轉(zhuǎn)向，當(dāng)小車再次判斷沒有障礙物后開始直行，循跡子程序流程如圖4.4所示。圖4.4循線子程序流程圖4.4避障程序設(shè)計如圖4-4為避障模塊流程圖，小車開始運(yùn)轉(zhuǎn)，光電傳感器的電位設(shè)成高電平，前方如有障礙物，單片機(jī)接收到紅外傳感器發(fā)送的信號并向驅(qū)動模塊發(fā)送控制信號為低電平，從而控制電機(jī)反轉(zhuǎn)改變方向;小車再次判斷前方是否有障礙物，沒有就開始直行。避障程序流程圖如圖4.5所示。圖4.5避障程序設(shè)計圖4.5避障功能控制圖圖4.6小車運(yùn)行總流程圖

5系統(tǒng)的測試5.1功能測試5.1.1電路測試把電機(jī)的測試程序首先燒入，觀察電機(jī)正反轉(zhuǎn)，停止是否均為正常的。那說明電機(jī)及驅(qū)動電路的連接是沒有問題的。接著燒入避障程序，小車在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，紅外光電模組的靈敏度是否達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。紅外模塊測試完成后，接下來裝紅外射線管和紅外接線管觀察巡線模塊的二極管是不是常開，如果沒有問題就代表有用元器件沒有損壞，然后燒巡線程序進(jìn)行簡單的循線測試，看看測試反應(yīng)能力是否達(dá)。調(diào)試程序的時候，看有的指令用的正不正確，尤其是測試紅外循線模塊的時候，一些比較近的障礙物的出現(xiàn)，小車轉(zhuǎn)向是否靈活，是不是非常容易走偏，這些測試的完善需要一步一步去驗證，需要一步一步地測試，從而保障小車地完美運(yùn)行。5.1.2光電模塊測試光電開關(guān)采用的是紅外光線漫反射型光電開關(guān)，直徑為18毫米的圓柱體，工作電壓為5V，工作的電流為25mA，響應(yīng)時間2ms，指向角15°，小車最佳性能釋放溫度為-25°C^+55°C。在電路連接完好的時候，檢測小車是否有變向，若沒有，在保證光電開關(guān)常態(tài)下正常工作。測試時，可以使用一塊大小適宜的障礙物，擺放在小車面前方三厘米處，如果小車的右輪反轉(zhuǎn)，則一切正常。再把障礙物放在小車前方四厘米處，再調(diào)試小車有沒有反應(yīng)。按照這種方式，調(diào)控軟件程序，最后成功把小車避障距離，控制在理論范圍內(nèi)。5.1.3電機(jī)調(diào)試模塊測試因為電機(jī)的供電電壓是6V,而電機(jī)額定電壓是5V,所以電機(jī)轉(zhuǎn)動的PWM值范圍可以控制在5%^65%。伴隨電機(jī)的感性阻抗作用，PWM的頻率不斷升高，感抗逐漸變大，穩(wěn)恒電流隨之減小。由于在此設(shè)計中的電機(jī)是兩個小馬達(dá)，最大電流過小，線圈的匝數(shù)又過多，會有比較大的感抗電流。PWM的工作原理：面積等效。在控制采樣率理論中:沖量相等而形狀不同的脈沖倘若附加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，它的作用原理完全相同，機(jī)電組裝如圖5-1所示。圖5.1機(jī)電組裝圖5.2紅外循線模塊測試二極管亮不亮的測試方式是使用萬用表測試方法，如不不亮的話看是否是因為短路或者二極管的損毀，檢測修復(fù)完畢后再輸入程序，緊接著做一個非常簡單的軌道路徑測試，軌道外形如圖5-2所示，巡線測試如圖5-3所示。圖5.2系統(tǒng)路線測試圖圖5.3循跡測試圖使用這個測試路徑可以初步了解各小車的主要功能是否達(dá)到運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。從A點(diǎn)到E點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎上，總是有可能會出現(xiàn)出軌的狀況，在后來通過更改程序和改變測試場地對光的影響，最終讓小車成功地過彎。1.測試過程(1)打開電機(jī)開關(guān),讓智能小車處于路徑上的任意一個起始位置，觀察智能電動小車在直道軌跡行駛過程中，檢查其是否沿路徑直線行駛，緊接著檢測是否能夠成功過彎。(2)當(dāng)小車穿過障礙物區(qū)域的時候觀看小車會不會碰到路障以及小車能否成功地躲避這些障礙物。2.測試結(jié)論綜合上述的測試結(jié)果來看，基本上該智能小車可以達(dá)到研究的所有功能。同時。測試過程中的誤差比較小，這些原因的導(dǎo)致可能是受到實驗條件的約束，如測試道路太短、小車的設(shè)計不夠完善、主要能源供應(yīng)不足等因素，這些問題都需要去完善改進(jìn)。圖5.4避障測試圖5.3測試結(jié)論該智能小車電路在硬件上采用了紅外線光電傳感器來檢測障礙。PWM技術(shù)的應(yīng)用解決了電動機(jī)驅(qū)動效率和電機(jī)速度控制的問題;采用紅外線傳感器很好的解決了循線的問題，從而實現(xiàn)更加智能化的循線方式，在軟件設(shè)計上，充分開發(fā)使用了STC89C52RC的內(nèi)存資源，使得小車能夠很好得完成了避障功能、循線功能等。該設(shè)計結(jié)構(gòu)比較明了，調(diào)試是完好的，系統(tǒng)響應(yīng)的速度比較快，硬件電路完好，可以完美組裝拆卸焊接。通過對數(shù)據(jù)的辨析，該智能小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，便于使用。6結(jié)論整個系統(tǒng)的設(shè)計主要以單片機(jī)為中心，使用了許多的傳感器，運(yùn)用技術(shù)原理把軟硬件結(jié)合。該系統(tǒng)的主要功能如下:(1)小車啟動會自動沿預(yù)設(shè)路徑行進(jìn)，該小車可以自主檢測預(yù)先設(shè)好的路徑，完成了直道和弧形軌道的前進(jìn)。如果有一些偏差，可以自動修正，返回到預(yù)置路徑上。(2）當(dāng)小車檢測到前方的遮擋物的時候，它可以實現(xiàn)躲避障礙物，往沒有障礙的地方前進(jìn)。小車通過阻礙地之后，就開始自動循跡。從運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行分析得出避障的功能比較理想，循跡的效果存在偏差，通過分析可能是小車兩輪的轉(zhuǎn)速不同導(dǎo)致的，也可能是紅外傳感器是存在感應(yīng)不良。后續(xù)通過調(diào)試是可以把這些問題進(jìn)行優(yōu)化和修改，把電路的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。使得小車完善。通過這次小車的開發(fā)我學(xué)習(xí)到了許多以前不熟練的東西，精進(jìn)了我的動手能力，讓我把理論和基礎(chǔ)結(jié)合在一起，使得我對于理論和實踐的認(rèn)識更上一層樓，我也清晰地認(rèn)識到了自己的不足。參考文獻(xiàn)[1]劉潔.無線循跡避障智能小車的設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機(jī),2018,31(09):163-164.[2]仝香.基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計[J].科學(xué)咨詢(教育科研),2021(02):81-82.[3]張坤.基于ARM單片機(jī)的智能小車循跡避障研究設(shè)計[D].山東:齊魯工業(yè)大學(xué),2020.[4]徐亞玲.面向青少年科技教育的模塊化機(jī)器人研究[D].北京:北京交通大學(xué),2020.[5]劉源.面向輔助駕駛的車道檢測和偏離預(yù)警方法研究[D].天津:天津科技大學(xué),2019.[6]徐靜,李欣欣.智能循跡避障小車的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù),2019,15(24):191-193.[7]洪一民,錢慶豐,章志飛.基于STM32的智能小車循跡避障測距的設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2022,12(01):12-13.[8]于雯雯.基于單片機(jī)的電子尋跡小車設(shè)計[J].裝備制造技術(shù),2021(04):158-160.[9]劉常榕.基于Hadoop的疲勞駕駛輔助預(yù)警研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇科技大學(xué),2020.[10]李樹德,黃頌,劉彩霞,柳佳.基于TC264單片機(jī)的智能無人小車設(shè)計[J].桂林航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2021,26(04):435-440.[11]羅永超,黃子朋,陳楷昀,郭耿斌,黃世一.基于STC單片機(jī)的智能小車的控制設(shè)計[J].電子制作,2021(13).[12]郭占廣.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全駕駛輔助系統(tǒng)設(shè)計與研發(fā)[D].青島:青島科技大學(xué),2021.[13]陳瓊紅.霧天環(huán)境下的車輛駕駛輔助與協(xié)同控制研究[D].重慶:西南大學(xué),2021.[14]何班本,文翊,李瑞翩.高級駕駛輔助系統(tǒng)傳感器布置策略研究[J].汽車文摘,2021,06):50-55.[15]章建森.基于框架專家系統(tǒng)的多模式融合于人形機(jī)器人的研究[D].泉州:華僑大學(xué),2019.附錄附錄1：系統(tǒng)原理圖附錄2：部分源代碼#include<AT89X52.H> //包含51單片機(jī)頭文件，內(nèi)部有各種寄存器定義 #include<ZY-4WD_PWM.H> //包含HL-1藍(lán)牙智能小車驅(qū)動IO口定義等函數(shù)//主函數(shù) voidmain(void){ unsignedchari;P1=0X00;//關(guān)電機(jī) TMOD=0X01; TH0=0XFc; //1ms定時 TL0=0X18; TR0=1; ET0=1; EA=1; //開總中斷 while(1) //無限循環(huán) { //有信號為0沒有信號為1 if(LeftIRBZ==0||RightIRBZ==0) { stop(); //調(diào)用小車停止 } else { if(Left_1_led==0&&Right_1_led==0) { run();//調(diào)用前進(jìn)函 } if(Left_1_led==1&&Right_1_led==0) //左邊檢測到黑線 { le