基于单片机的多功能智能小车机器人

1系统总体设计

本文设计的小车采用51单片机作为控制核心，使用光

电传感器检测小车的运动状态，进行循迹和避障，并由LCD 实时显示小车的运动状态。金属传感器检测到铁片后小车由循迹状态进入到避障状态，按下遥控器可使小车进入遥控状态，每次状态转换都有报警指示。智能小车实物照片及功能示意图如图1所示。

2

系统硬件设计

2.1

硬件总体设计

根据设计任务要求及功能实现的分析，画出系统的总体

电路图，如图2所示。整个系统为模块化设计，实现简单。

系统主要以单片机最小控制系统为核心，包括电源模块接口、外围传感器接口、LCD 显示器接口、遥控模块接口、电机驱动模块接口、报警模块接口等，各部分共同构成了智能小车的整体。

图1智能小车实物照片及功能示意图

Fig．1Car and desｃriptiｏn ｏf ｃar funｃtiｏn

图2

系统的总体电路图

Fig．2Cirｃuit diagraｍｏf wｈｏle prｏgraｍ

电子设计工程

EleｃtrｏniｃDesign Engineering

第22卷Vｏl．22第23期Ｎｏ．232014年12月Deｃ．2014

收稿日期：2014-03-28稿件编号：201403317

作者简介：申江江（1986—），男，河北石家庄人，助理讲师。研究方向：通信技术。

基于单片机的多功能智能小车机器人

申江江1，齐银鹏2，陈方超1，陈毓1，梁浩1

（1．海军航空工程学院航空训练基地，山东青岛266109；2．海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）摘要：本课题采用AＴS52单片机作为检测和控制核心，设计了一个智能小车机器人，其具有自动循迹、检测金属、报警、避障及遥控功能。构建了基于微处理器为核心、多传感器信息检测与融合、声音报警与LCD 数码显示、双向

PWM 控制的智能小车系统，并可实现ASP 在线编程，加快了程序的下载速度。本设计结构简单，功能齐全，较容易实

现，具有一定的智能化、人性化特点。关键词：机器人；单片机；传感器；智能中图分类号：ＴＮ39

文献标识码：A

文章编号：1674-6236（2014）23-0111-03

Multifunction intelligent car robot basing on SCM

SHEＮJiang -jiang 1，QI Yin -peng 2，CHEＮFang -ｃｈaｏ1，CHEＮYu 1，LIAＮG Haｏ1

（1．Aeronautical Training Center of Naval Aeronautical Engineering Institute ，Qingdao 266109，China ；

2．Qingdao Campus of Naval Aeronautical Engineering Institute ，Qingdao 266041，China ）

Abstract:Ｔｈis prｏjeｃt designed an intelligent ｃar rｏbｏt witｈfunｃtiｏn ｏf autｏsearｃｈing 、ｍetal deteｃting 、alarｍing 、ｏbstaｃle evading and reｍｏte ｃｏntrｏlling ，using AＴS52Single Cｈip Miｃrｏｃｏｍputer as tｈe deteｃting and ｃｏntrｏlling ｃｏre．Ｔｈe intelligent ｃar systeｍwas ｃｏnstruｃted basing ｏn tｈe ｃｏre ｏf ｍiｃrｏprｏｃesser ，ｍulti -sensｏr infｏrｍatiｏn exaｍing and fusing ，alarｍing and LCD digital display ，twｏ-way PWM ｃｏntrｏl ，and it ｃｏuld prｏgraｍｍe ｏn -line using ASP and speed up tｈe dｏwnlｏad prｏｃedure．Ｔｈis design is wｏrtｈappliｃating and pｏpulariｚing ，wｈiｃｈｃan be used fｏr nｏn -ｈuｍan driving veｈiｃles 、nｏn -ｈuｍan faｃtｏries and stｏwages ，witｈｃｈaraｃteristiｃs ｏf siｍple ｃｏnstruｃtiｏn 、all -purpｏse funｃtiｏn 、easy realiｚatiｏn 、intelligenｃe and ｈｏｍｍiｚatiｏn．Key words:rｏbｏts

；single

ｃｈip ｍiｃrｏｃｏｍputer ；sensｏrs ；intelligenｃe

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2.2分系统硬件设计

2.2.1循迹、避障模块

机器人要实现自动循迹功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。自动寻迹是基于自动导引小车（AGV—autｏ-guided veｈiｃle）系统，选择正确的路线行进。采用与地面颜色有较大差别的线条作引导，使用传感器感知导引线和障碍判断。为了简单起见，系统中使用了五个红外反射式光电传感器进行循迹和避障，其中三个SＴ178H型红外传感器用于寻迹，两个E18型用于障碍判断，传感器实物如图3所示。

2.2.2金属检测模块

当小车行进到黑线的尽头时，需要检测终点，由控制器发出指令，进入相应的程序。只要在运行轨迹的终点放置一块铁片，再用金属传感器检测金属片就可以实现，电路简单，不会占用很多CPU资源。本文选用了LJ12A3-Z-4/BX型电感式金属接近开关传感器，该传感器体积小，功耗低，工作电流只有0．5~3ｍA，应用方便，输出信号可直接接单片机。

2.2.3遥控模块

无线数据传输被广泛应用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线数据通信、机器人控制、数字音频、数字图像的传输等领域中[2]。为了实现对小车的遥控，需要一个无线遥控模块。本文采用DF无线数据收发模块，其工作频率为315MHｚ，为全球通用的ISM频段，发射频率<500ｍW。DF无线收发模块结合编解码芯片PＴ2262/2272可以将单片机发出的数据经过编解码之后发射出去。DF无线收发模块具有发射距离远，抗干扰性强的特点。无线发射/接收模块的实物图如图4所示。

2.2.4显示模块

在小车行进时，需要显示当前的工作状态，显示装置就必不可少了。考虑到需要显示大量的字母，系统选择使用1602型LCD显示。1602的意思是每行显示16个字符，可以显示两行，为字符型液晶，即只能显示ASCII码字符，如数字、大小写字母、各种符号等。系统采用的1602为5V电压驱动，16针接口，带背光，内置含128个字符的ASCII码字符集字库，只有并行接口，没有串行接口。

2.2.5测速模块

系统中使用两个ＴCR5000型红外反射传感器对车轮转速进行测量，车轮上有黑白间隔的码盘，单片机对传感器输出的脉冲进行计数，通过计算一定时间内的脉冲数计算出小车的速度。ＴCR5000型红外反射传感器及码盘如图5所示。

3软件设计

系统软件设计采用C语言编程[3]，并采用模块化设计，将各功能软件编写为一个个子函数，各个函数模块之间性强，需要时只要进行调用即可，具有很好的可移植性。系统软件设计主要包括外部中断0[4]的初始化，小车传感器初始化，LCD初始化及实时显示工作状态，小车启动，循迹程序，金属检测程序，声音报警程序，中断服务函数，避障程序，检测遥

控指令

，声音报警，遥控程序等。主程序流程图如图6所示。

将电源打开后，单片机上电复位，对外部中断0进行初

始化，然后调用传感器初始化函数，LCD初始化函数，启动小

车，LCD显示小车当前状态，开始调用循迹函数，对黑线进行

检测，根据传感器信号判断小车与黑线的位置关系，由单片

机输出相应的驱动信号，控制左右两轮的转速，使小车时刻

保持沿黑线行走。当小车行驶到黑线的终点时，金属传感器

检测到铁片，小车发出声音报警，同时进入中断服务函数，调

用避障子函数，开始避障，并更新LCD显示内容。当遇到障碍

时，小车会改变方向，绕过障碍物行驶。当按下遥控按键时，

小车收到指令，发出声音报警，跳出避障程序，进入遥控程

序，并更新LCD显示内容。此时，可以对小车进行遥控回收，图3SＴ178H和E18型红外传感器

Fig．3SＴ178H and E18infrared sensｏr

图6系统主程序软件流程图

Fig．6Flｏwｃｈartｏfｍain prｏgraｍ

图5ＴCR5000型红外反射传感器和码盘

Fig．5ＴCR5000infrared refleｃtiｏn sensｏr and Cｏunting wｈeel

图4无线接收及发射模块

Fig．4Wireless reｃeiving and transｍitterｍｏdule

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参考文献：

[1]Martin J C ，Law G W．Subｏrbital reusable launｃｈveｈiｃles and appliｃable ｍarket [R]．Ｔｈe Aerｏspaｃe Cｏrpｏratiｏn ，2002，EI Segundｏ，CA 90245-4691．

[2]王振国，罗世斌，吴建军．可重复使用运载器研究进展[M]．

长沙:国防科技大学出版社，2001．

[3]管文华，肖爱武．快速原型技术现状与发展趋势研究[J]．现

代机械，2005，12（3）:65-66．

GUAＮWen -ｈua ，XIAO Ai -wu．Ｔｈe present situatiｏn and tｈe develｏping tendenｃy researｃｈｏf tｈe rapid prｏtｏtying [J]．Mｏdern Maｃｈinery ，2005，12（3）:65-66．

[4]Cｈwan -Hsen Cｈen ，Hsu -Lun Ｔsai ，Jun -CｈiaｏＴu．Rｏbｏt ｃｏntrｏl systeｍiｍpleｍentatiｏn witｈrapid ｃｏntrｏl prｏtｏtyping

teｃｈnique ，2004IEEE Internatiｏnal Syｍpｏsiuｍｏn

Cｏｍputer Aided Cｏntrｏl Systeｍs Design ，2004．

[5]邹翔，刘芸，任平，等．亚轨道飞行器再入段导航制导快速

原型设计[J]．微处理机，2010，6（29）:98-105．

ZOU Xiang ，LIU Yun ，REＮPing ，et al．Ｔｈe design ｏf re -entry navigatiｏn and guidanｃe rapid prｏtｏtype fｏr subｏrbital launｃｈveｈiｃle[J]．Miｃrｏprｏｃessｏrs ，2010，6（29）:98-105．[6]李新国，方群．有翼导弹飞行动力学[M]．西安:西北工业大

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[8]泮斌峰．导弹制导系统快速原型研究[D]．西安：西北工业

大学，2007．

完成整个测试任务。C51语言主程序如下所示：

int ｍain （vｏid ）{

ＴCOＮ=0x05；ＴMOD=0x11；

//定时/计数器初始化

IE=0xAA ；//外部中断0初始化sensｏr_init （）；//传感器初始化ｃar_aｈead （）； //小车启动

wｈile （1）{

ｃar_fｏllｏw （）；//循迹子函数}}

vｏid serviｃe_int0（）interrupt 0using 1

//外部中断0服务函数

{

ｃar_ringing （）；

//报警子函数

wｈile （（P1&0x0f ）==0x00）{

ｃar_prevent （）；//避障子函数}

ｃar_ringing （）；wｈile （1）{

ｃar_reｍｏteｃｏntrｏl （）；//遥控子函数}}

4结束语

对智能小车的高级开发可对它加装GPS （全球卫星定位

系统）或加装基于Internet 的接口电路、摄像头等，使它具备全球机动能力和远程控制功能。其典型应用为远程侦察机器

人，智能探测机器人[5]等。随着不断地开发及产品的投入使用，智能寻迹、避障小车在无轨列车、无人驾驶方面将具有更广泛的应用前景和使用价值[6]。参考文献：

[1]吴建平，殷战国，曹思榕，等．红外反射式传感器在自主式

寻迹小车中的应用[J]．中国测试技术，2004，30（6）：33-35．

WU Jian -ping ，YIＮZｈan -guｏ，CAO Si -rｏng ，et al．Apliｃatiｏn ｏf infared sensｏr in autｏ-guided ｍｏtｏr[J]．Cｈina Measureｍent Ｔest ，2004，30（6）：33-35

[2]方建军，何广平．智能机器人[M]．北京：化学工业出版社，

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[3]谭浩强．C 程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2009．

[4]刘文涛．单片机C51语言应用设计[M]．北京：人民邮电出

版社，2007．

[5]张炜．网络机器人研究与发展分析[J]．机器人应用，2009

（3）：6-7．

ZHAＮG Wei．Reaseaｃｈand develｏpｍent analysis ｏf internet rｏbｏt[J]．Rｏbｏt Appliｃatiｏn ，2009（3）：6-7．

[6]刘凤然，田红芳，王侃．基于单片机的移动机器人自动避

障控制系统[J]．中国仪器仪表，2001（3）:27-29．

LIU Feng -ran ，ＴIAＮHｏng -fang ，WAＮG Kan．Autｏｍatiｃｏbstaｃle avｏidanｃe ｃｏntrｏl systeｍｏf ｍｏving rｏbｏt basing ｏn SCM[J]．Cｈina Instruｍent ，2001（3）:27-29．

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申江江，等

基于单片机的多功能智能小车机器人

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基于单片机的多功能智能小车机器人

作者：申江江， 齐银鹏， 陈方超， 陈毓， 梁浩， SHEN Jiang-jiang， QI Yin-peng， CHEN Fang-chao， CHEN Yu， LIANG Hao

作者单位：申江江,陈方超,陈毓,梁浩,SHEN Jiang-jiang,CHEN Fang-chao,CHEN Yu,LIANG Hao(海军航空工程学院 航空训练基地,山东 青岛,266109)， 齐银鹏,QI Yin-peng(海军航空工程学院 青岛校区,山东 青岛,266041)

刊名：

电子设计工程

英文刊名：Electronic Design Engineering

年，卷(期)：2014(23)

引用本文格式：申江江.齐银鹏.陈方超.陈毓.梁浩.SHEN Jiang-jiang.QI Yin-peng.CHEN Fang-chao.CHEN Yu.LIANG Hao基于单片机的多功能智能小车机器人[期刊论文]-电子设计工程 2014(23)