基于单片机的智能车实训系统设计与开发

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摘要：设计了基于单片机的智能车实训系统，该系统由10个功能模块组成，根据实训内容要求构建硬件电路，可完成智能车的循迹、避障、调速、语音报警、车速和里程显示及遥控等功能，培养学生的软件编程、硬件调试的综合能力，对提高学生的实践动手能力起重要作用。

关键词：单片机 智能车 实训系统 模块化

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-5349（2016）23-0051-02

实习实训是人才培养的重要组成部分，对培养学生的工程意识和创新意识，提高学生的动手能力，加深对所学专业知识的认识具有不可替代的作用。但现阶段，实习实训教学模式陈旧，学生被动接受的内容多，主动探究的机会少，严重制约了创新精神和创新能力的培养。针对电类专业目前实习实训教学中存在的问题，提出了CDIO教学模式，即从Conceive（构想）、Design（设计）、Implement（实施）、到Operate（操作）全流程的教学模式，充分调动学生主动参与训练项目的积极性，在真设备、真项目和真要求的驱动下，实现学生可持续发展能力的培养。我院测控技术与仪器专业工程项目实训采用了CDIO教学模式，为此开发设计了基于单片机的智能车实训系统，该系统由10个功能模块组成，可根据实训内容要求构建硬件电路，可完成智能车的循迹、避障、调速、语音报警、车速和里程显示及遥控等功能，培养学生的系统设计、软件编程、硬件调试的综合能力，提高了学生的实践动手能力和创新能力。

一、整体设计思路

以AT89S52为核心控制器。车体选用标准车架模型改装而成，霍尔传感器实现测速和里程统计，红外传感器进行轨迹跟踪，超声波传感器避障，蓝牙模块实现无线控制，直流电机对车进行转向和行动控制，H桥电路实现电机的驱动。本系统基于完备的软硬件系统，很好地实现了小车的自动循迹和避障，遇到障碍物时，能进行语音报警和自动减速，通过液晶LCD1602显示车速、里程和距离障碍物距离。

系统由微控制器、电源模、功能按键、显示、电机驱动、语音模块、蓝牙、红外传感器、超声波避障、车速检测等10个功能模块构成。如图1所示，系统采用模块化的设计，学生可根据设计需要，完成不同功能智能车的硬件搭建和软件调试，通过蓝牙无线通信模块，可实现智能车的遥控。

二、智能车实训系统的硬件组成

系统硬件性能的好坏决定了整个系统的运行情况，能否稳定而可靠地运转就取决于硬件电路的质量。核心控制器采用AT89S52构成最小系统，红外传感器模块采用4组红外对管构成循迹电路，测距采用HC-SR04超声波模块，液晶显示电路采用1602，电机驱动采用L298构成H桥电路，语音模块采用ISD1760构成，使用了蓝牙通信模块HC-06实现无线通信，电源电路采用7805和LM1117将96V锂电池转换为5V和33V，除电机驱动模块需96V和蓝牙模块使用33V外，其他模块均采用5V供电。系统采用模块化设计，开放式接口，方便学生连线。

电机驱动电路采用L298N构成H桥电路，可同时驱动2个直流电机，如图2所示，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电机， 5（IN1），7（IN2），10（IN3），12（IN4）脚接输入控制电平，控制电机的正反转，这四个引脚输入PWM脉冲，假设IN1输入一个PWM脉冲，IN2输入与IN1相反的PWM脉冲电机正转，相反的PWM可以由程序设置，若要实现电机的反转，则IN1、IN2输入与正转相反的脉冲即可实现， EN1、EN2为使能端，控制电机的停转。当使能端为低电平时，芯片不会工作。

t外循迹模块采用红外对管构成，如图3所示，一体化红外发射接收IRT中的发射二级管导通，发出红外光线，经反射物体反射到接收管上，使接收管的集电极与发射极间电阻变小，输入端电位变低，当红外光线照射到黑色条纹时，反射到IRT中的接收管上的光量减少，接收管的集电极与发射极间电阻变大，三极管截止，三极管的集电极C为高电平，再经反相器后输入到单片机的信号为低电平。在三极管的基极B和发射极E接一个01pF的电容，减少电路中的“毛刺”，以减轻电路的干扰。由于光电传感器受外界的影响较大，容易引起单片机的误判，因此我们在电路中加入了一个可调电位器（阻值为10K），通过调整电位器，改变光电传感器的输入电流从而改变其灵敏度。

三、测试结果

实训过程中，以智能车为训练平台，根据设计要求构建硬件电路，先进行基础训练，然后采用项目驱动式，拓展任务，创新性地进行实训，通过在智能车平台上安装不同的功能模块来完成某种特定的任务，为了测试智能车实训系统的性能，制作了智能车的样机，经过试验测试，该智能车样机能够准确判断跑道的边界线并分析出跑道的走向，可以实现自主循迹功能、避障功能和语音报警等功能。

四、总结

本文设计了基于单片机的智能车实训系统，该实训系统具有模块化设计，搭建方便、灵活组合，功能多样，使学生在该系统上进行硬件电路设计、软件程序设计和综合调试等，极大地提高了学生的实训热情和实践动手能力。

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