引言0
学习智能卡系统有助于提高构建系统的能力和对自动控制技术的理解。 智能小车是一个比较完整的智能化系统，智能化的研究已经成为我国追赶世界科技水平的重要任务。 智能小车有其特有的特点：成本低、知识面广、易扩展[1]。 整个智能小车系统作为一个完整的系统，其原理图从实现到实物完成的过程，不仅需要深厚的电子方面的知识，而且对电路实现的良好掌握，对培养学生的实践能力也具有重要意义。 智能小车竞赛受到我国各高校的重视，引起了许多高校学生的兴趣，并且取得了许多优秀成果，为我国推进智能化做出了巨大贡献，为智能汽车的发展提供了理论依据[2-3]。 只有将理论和模式运用到实践中，这种创新才有意义，我国近几年智能化方面的进步越来越快，我国在国际社会智能化方面的话语权也在推进。 智能小车是智能化的一部分，其系统中的避障、跟踪、红外遥控技术用于智能化，智能化应用于传统技术是21世纪的发展趋势。 我国自改革开放以来大力发展科技创新，智能化创新水平与国外较发达国家相比差距较大，智能竞赛在高校日益流行，证明我国教育在这方面很快将赶上世界发展水平。 此次设计以单片机为CPU，通过编程和一些外围电路的设计实现红外遥控、避障、跟踪等功能。 最重要的是将模型上的研究应用到现实生活中，智能车辆做到了这一点[4-6]。 在实际应用中，例如倒车过程中实现的红外报警系统是以智能小车为模型开发的。 对电子知识的热爱和钻研有助于开发更多的智能车辆，使我们的生活更加方便智能化。
1 .系统的总体框架和工作原理。
1.1系统总体框架
智能小车以STC89C51为主芯片，使用双轮驱动。 另外，还需要起到支撑和平衡购物车作用的脚轮。 主要由电机模块、电源模块、跟踪模块、红外遥控模块、超声波模块、LED显示模块等组成，系统总体设计框图如图1所示。
图1系统总体设计框架结构图
1.2系统工作原理
智能小车以STC89C51为主芯片，使用双轮驱动，两个电机分别驱动左轮和右轮。 通过用电机调节车轮转速，可以实现控制转向的功能，还需要能够支撑小车并起到平衡作用的脚轮[7]。 这是在手推车车身的左右分别安装红外线光电传感器，用黑白线检测跟踪的功能。 如果购物车左侧的传感器检测到黑线边界，就会向单片机发送信号，单片机接收到信号后控制左轮手枪，购物车开始向左调整方向。 同样，当购物车右侧的传感器检测到黑线时，主控芯片控制购物车右侧车轮上的电机使其减速，购物车开始向右侧修正。 在购物车前部安装红外线光电灯，避开障碍物。 传感器检测到障碍物后车轮开始旋转，小车继续避开障碍物行驶[8-10]。
红外线遥控部由发送和接收两部分组成，用红外线遥控器的2、4、6、8键控制小车的前进、后退、左转、右转，红外线遥控器的数字键被按下时，经过发送侧的编码和调制，通过光电转换放大器接收
通过单击键选择购物车模式。 在本系统中，购物车有三种模式：跟踪模式、屏障模式和红外遥控模式，分别以黄、绿、红三个指示灯为代表，系统通电的默认状态下为红外遥控器。 第一次按下点击按钮时绿灯点亮，开始进入屏障模式，再次按下按钮进入跟踪模式，此时红灯点亮[11]。
2 .系统各模块设计
2.1红外跟踪模块
在这次的设计中，采用红外发光二极管作为反射型光电传感器。 红外发光二极管的结构：发光管是无色透明的LED灯，接通电源后会产生红外光。 这个红外光是人看不见的。 接收管为黑色的LED灯，红外光的多少影响内部电阻的大小，没有一定的电阻。 利用黑色吸光原理，轿车在行驶中遇到黑色物体时，由于红外发光管放射的红外光变少，所以接收管能够接收的红外光变少，它们呈比例关系，此时接收管内的电阻变小，周边电路读取检测到黑线的状态跟踪过程按水平高低进行反应，将信号发送到单片机i/o端口即可完成跟踪功能[12-13]。
外部电路使用了LM393。 其内部集成了双路比较器集成电路。 这双路比较器完全相同，我只要知道单路的原理就可以了，比较器有三个端口，有两个输入端子和一个输出端子，其中同相输入端子用“”表示，反相输入端子用“-”表示，两个输入的
图10是包括LM393红外线传感器电路的原理图
2.2故障避免模块
此次设计采用了HC-SR04超声波模块，由于其智能小车的阻隔原理得到了广泛的应用，考虑到其特性和工作原理，本次实验采用HC-SR04作为超声波模块的器件。 有四个端子。 1端子为5V电源，2端子为Trig端子、p2.4端子，3端子为Echo端子、p2.4、4端子，4端子为红色接地。 HC-SR04的电路连接如图3所示。
图3 HC-SR04电路连接图
3 .软件设计
/p>当硬件设计完成之后最重要的部分是进行软件设计，根据每个模块的不同来进行软件编程，共分为红外遥控、循迹和避障三个模块，这三个模块是通过一个按键来控制小车的状态，所有的软件设计都是以STC89C51单片机为中心，进行软件编程，智能小车系统中的软件部分是通过keil-uvision4进行程序调试，通过STC软件烧写到51单片机中，软件部分的关键是各个I/O口的连接，本次设计中将电机控制接线接到了P1的四个端口，传感器接到了P2端口，红外遥控信号接口接到了P3口[15]。考虑到红外遥控的程序以及循迹、避障的算法已经比较成熟，红外对管的原理也为固定内容，较为简单，而且需要调试程序的地方并不多，所以本次设计没有留USB 接口，而是选择直接把程序烧写到单片机中，将单片机与循迹，避障模块按照原理图进行焊接，通过原理图的设计，以及一些巧妙的走线方式简易了整个系统，使程序变的简单容易理解，节约了成本而且降低了整个系统的难度。整个智能小车系统可以分为数据处理和过程控制这两个部分，其中数据处理是整个系统的前提，它包括：模拟变化、对数据进行采集、数字滤波、距离计算等，只有这一步得到了合适的设计，才能保证过程控制的顺利完成。
3.1避障子程序流程图
避障模块的简单流程图如图4所示，当打开电源，小车的电源指示灯亮起，小车的默认状态下是红外遥控的方式，按一下模块控制键，开始进入避障模式的状态，小车开始匀速行驶，利用超声波模块进行避障，利用单片机输出一个触发信号，把触发信号输入到超声波测距模块，再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时单片机通过软件开始计时，超声波在空气中传播，遇到障碍物返回，接收器接收到反射波产生一个信号反馈给单片机，此时停止及时。发射点距障碍物的距离为s，它的公式为s=time*1.8/100,其中time=TH0*256+TL0。当前方没有障碍物的时候，小车会继续行驶，此时线外线传感器会从低电平恢复为高电平，电机的转向保持不变[16]。
图4 避障模块流程图
3.2循迹子程序流程图
小车的循线模块流程图如图5所示。打开小车的电源开关，按下两次模式选择开关会进入循迹模式。小车进如循迹模式的状态下，小车会在提前设定的环境下进行测试，当左边的红外线接收管为高电平时，小车开始向左转；当右边的红外接收管为高电平时，小车开始右转，如果不是，小车则继续沿着黑线保持行驶。
图5循线模块流程图
4.调试与结果分析
4.1测试方法
（1）打开电源开关，将智能小车放置在平坦的地板路面，开始进行红外测试，使用红外遥控器的2,8,4,6键进行前后左右这四个方向的测试，先检查是否可以前进和后退，然后在检测是否可以转弯。注意这个过程中小车的速度都是匀速前进。在这个过程中需要记录多次数据，避免因为误差而导致测试结果的不准确性。
（2）通过按键选择避障模式，在小车直行的前方放一些障碍物，当小车接近障碍物是判断小车是否可以成功避开障碍物。小车避障的距离是确定好的，所以可以通过简单的障碍物来判断避障的结果。
（3）通过按键选择循迹模式，在设计的简易黑白线跑道上进行测试，判断小车是否能够成功完成循迹功能。
4.2测试结果
将程序烧写到单片机中，进行了数次的实验，这里记录了6实验数据进行分析，结果如下表所示。
小车运行次数
成功循迹次数
成功避障次数
成功红外遥控次数
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
2
3
4
4
3
4
5
5
5
5
6
5
6
5
通过数次的测试，小车能够较好的完成循迹、避障、红外遥控的功能，通过以上数据的分析，小车在循迹和红外遥控方面的成功率较高，在避障实验中会存在误差，后来经过仔细的分析发现误差的原因收到周围强光和跑道设计的不合理的影响，这些不足的方面还有待改进。
5.结束语
本系统是以STC89C51单片机为CPU，通过一些外围电路和软件编程实现循迹、避障和红外遥控的功能。整个设计过程中最大的特点是利用简单的原理图将避障，循迹，红外遥控这三个模块有效的结合起来，利用经典的H桥路作为小车前进、后退、左右转编程的理论基础，提高了效率，降低了编程的复杂度，本系统具有很强的研究的意义，智能化的发展促使了智能小车往功能更加强大的方向发展，将会在勘探危险建筑物的环境和检测有毒气体等领域发挥着重要意义。
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