单片机的智能寻光小车设计探索

2022-09-21 16:46:09 来源:写作指导

摘要:随着物联网技术的飞速发展和逐渐成熟,以单片机为主的智能小车在巡查、仓储、探险及国防等领域得到广泛应用。本文设计了一种基于单片机的智能寻光小车,该小车以STC89C52RC芯片为设计核心,结合光敏传感器和超声波传感器等多种传感器实现了具有追光寻光及自动避障和距离显示等功能、能用手机蓝牙控制的智能寻光小车。实验结果表明,本设计运行正常,能稳定可靠地完成预期目标,可以为智能控制领域及无人驾驶领域提供理论支持,在自动驾驶、辅助救援等领域有着广阔前景。

关键词:寻光小车;蓝牙控制;智能车;智能控制;单片机;传感器

0引言

近年来,随着时代的快速发展与科技水平的日益腾飞,现代仪器正朝着微小化、集成化的方向发展,这一现象促使单片机的应用场景愈加全面与广泛,单片机仪器与传感器在现代工业生产与生活中随处可见[1-4]。特别是随着物联网技术的飞速发展和逐渐成熟,以单片机为主的智能小车在巡查、仓储、探险及国防等领域得到广泛应用[5-8]。论文设计了一种基于单片机的智能寻光小车。设计以单片机为核心,由寻光模块、超声波传感器模块、显示模块、蓝牙控制模块组成,可以根据光敏传感器所传输的信号进行光源感知,从而采取相应运动,实现对光源的追寻。若前方遇到障碍物将自动避障,同时通过LCD1602显示间距。小车也可以通过蓝牙控制。该小车是一套以智能控制和自动化为主题、多种学科相交融的集成化产品,在方便生产生活的同时还为自动驾驶等领域的研究提供思路与理论支持。因此,此设计对改进生产方式、促进智能控制领域研究具有一定的意义。

1智能寻光小车的设计方案

智能寻光小车寻光时,由于光源外各个位置光照强度不同,使得所采用的光敏传感器对不同位置光照强度的反应不同[9]。此时光敏传感器会产生不同的电信号,并将所采集的信号发送至单片机进行处理,从而达到寻光的目标。在寻光的同时如遇障碍则触发避障功能,超声波传感器对遇障返回的信号进行分析,再将信号传入单片机内;通过单片机操控进行转向等操作达到避障要求,在避障的同时由单片机将信号传入显示模块,由液晶显示器显示与障碍物之间的距离;也可以使用蓝牙进行连接[10],通过手动操控使得小车抵达所需位置。图1为系统的总体设计框图。

2系统硬件电路设计

2.1单片机最小系统模块

单片机最小系统如图2所示。单片机最小系统模块以STC89C52为核心,包含电源、复位、时钟电路。电源为5V直流供电,完成对最小系统所有模块的供电。

2.2寻光模块

寻光模块采用GY-30数字光模块芯片。该芯片采用ROHM原装BH1750FVI芯片,使用5V电压进行供电,芯片集成度高,无需额外元件,受到的干扰小,并且光谱范围广,与人眼相近。电路如图3所示。模块2、3引脚分别为I2C总线时钟和I2C总线数据线。

2.3避障模块

HY-SRF05超声波测距模块为避障功能实现的核心。图4为HY-SRF05芯片电路原理。超声波传感器发现障碍测距后,将信号反馈给单片机,然后由单片机控制电机实现避障。图5为设计所用电机电路原理。

2.4蓝牙控制模块

蓝牙控制由HC-05芯片完成。该芯片采用集成封装模式,可以完成双向(全双工)无线功能,用于两个具有串行功能的微控制器之间的通信。图6为芯片电路原理。2.5显示模块显示模块使用LCD1602液晶显示器实现功能。图7为LCD1602显示电路原理。

2.6电源模块

对于整个系统设计而言,电源模块为整个系统提供稳定电压,从而保证系统有稳定供电,确保小车可以正常运转。本系统采用直流稳压电源模块为小车提供整体的供给电压。电源模块原理如图8所示。

3软件系统设计

系统的主程序是单片机系统程序的核心,通过程序控制单片机运行。在上电后运行系统对其进行初始化。通过设置单片机的特殊寄存器、定时器,对每个端口的操作完成初始化设置。系统启动后,智能寻光、自动避障及避障显示等任务通过不同的子程序控制所对应的外部硬件,从而达到设计要求。程序在Keil环境下采用C语言编程实现,图9为主程序设计流程。

4系统测试

小车设计完成后需要对各部分模块进行测试。表1给出了需要测试的模块及要求。表2为模块测试时遇到的问题及解决方案,其中避障模块在测试时顺利实现避障功能。最后通过最终调试及测试,设计基本实现了预设功能。

5结语

基于单片机的智能寻光小车设计以STC89C52RC芯片为核心,运用GY-30、超声波模块、HC-05芯片等器件,利用提前烧写进单片机中的程序操控小车,实现智能寻光、自动避障、避障显示、蓝牙遥控等功能。本产品是在智能控制与自动化方面的研究基础上设计的,该设计操作简单、抗干扰能力强,可应用于无人驾驶、辅助救援等领域。

作者:岳炜茗 郑鹏辉 李广 何英昊 单位:大连理工大学城市学院 西安大医集团 沈阳工业大学