單片機智能尋光小車設計研究

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摘要：隨著物聯網技術的飛速發展和逐漸成熟，以單片機為主的智能小車在巡查、倉儲、探險及國防等領域得到廣泛應用。本文設計了一種基于單片機的智能尋光小車，該小車以STC89C52RC芯片為設計核心，結合光敏傳感器和超聲波傳感器等多種傳感器實現了具有追光尋光及自動避障和距離顯示等功能、能用手機藍牙控制的智能尋光小車。實驗結果表明，本設計運行正常，能穩定可靠地完成預期目標，可以為智能控制領域及無人駕駛領域提供理論支持，在自動駕駛、輔助救援等領域有著廣闊前景。

關鍵詞：尋光小車；藍牙控制；智能車；智能控制；單片機；傳感器

近年來，隨著時代的快速發展與科技水平的日益騰飛，現代儀器正朝著微小化、集成化的方向發展，這一現象促使單片機的應用場景愈加全面與廣泛，單片機儀器與傳感器在現代工業生產與生活中隨處可見[1-4]。特別是隨著物聯網技術的飛速發展和逐漸成熟，以單片機為主的智能小車在巡查、倉儲、探險及國防等領域得到廣泛應用[5-8]。論文設計了一種基于單片機的智能尋光小車。設計以單片機為核心，由尋光模塊、超聲波傳感器模塊、顯示模塊、藍牙控制模塊組成，可以根據光敏傳感器所傳輸的信號進行光源感知，從而采取相應運動，實現對光源的追尋。若前方遇到障礙物將自動避障，同時通過LCD1602顯示間距。小車也可以通過藍牙控制。該小車是一套以智能控制和自動化為主題、多種學科相交融的集成化產品，在方便生產生活的同時還為自動駕駛等領域的研究提供思路與理論支持。因此，此設計對改進生產方式、促進智能控制領域研究具有一定的意義。

1智能尋光小車的設計方案

智能尋光小車尋光時，由于光源外各個位置光照強度不同，使得所采用的光敏傳感器對不同位置光照強度的反應不同[9]。此時光敏傳感器會產生不同的電信號，并將所采集的信號發送至單片機進行處理，從而達到尋光的目標。在尋光的同時如遇障礙則觸發避障功能，超聲波傳感器對遇障返回的信號進行分析，再將信號傳入單片機內；通過單片機操控進行轉向等操作達到避障要求，在避障的同時由單片機將信號傳入顯示模塊，由液晶顯示器顯示與障礙物之間的距離；也可以使用藍牙進行連接[10]，通過手動操控使得小車抵達所需位置。圖1為系統的總體設計框圖。

2系統硬件電路設計

2.1單片機最小系統模塊

單片機最小系統如圖2所示。單片機最小系統模塊以STC89C52為核心，包含電源、復位、時鐘電路。電源為5V直流供電，完成對最小系統所有模塊的供電。

2.2尋光模塊

尋光模塊采用GY-30數字光模塊芯片。該芯片采用ROHM原裝BH1750FVI芯片，使用5V電壓進行供電，芯片集成度高，無需額外元件，受到的干擾小，并且光譜范圍廣，與人眼相近。電路如圖3所示。模塊2、3引腳分別為I2C總線時鐘和I2C總線數據線。

2.3避障模塊

HY-SRF05超聲波測距模塊為避障功能實現的核心。圖4為HY-SRF05芯片電路原理。超聲波傳感器發現障礙測距后，將信號反饋給單片機，然后由單片機控制電機實現避障。圖5為設計所用電機電路原理。

2.4藍牙控制模塊

藍牙控制由HC-05芯片完成。該芯片采用集成封裝模式，可以完成雙向（全雙工）無線功能，用于兩個具有串行功能的微控制器之間的通信。圖6為芯片電路原理。

2.5顯示模塊

顯示模塊使用LCD1602液晶顯示器實現功能。圖7為LCD1602顯示電路原理。

2.6電源模塊

對于整個系統設計而言，電源模塊為整個系統提供穩定電壓，從而保證系統有穩定供電，確保小車可以正常運轉。本系統采用直流穩壓電源模塊為小車提供整體的供給電壓。電源模塊原理如圖8所示。

3軟件系統設計

系統的主程序是單片機系統程序的核心，通過程序控制單片機運行。在上電后運行系統對其進行初始化。通過設置單片機的特殊寄存器、定時器，對每個端口的操作完成初始化設置。系統啟動后，智能尋光、自動避障及避障顯示等任務通過不同的子程序控制所對應的外部硬件，從而達到設計要求。程序在Keil環境下采用C語言編程實現，圖9為主程序設計流程。

4系統測試

小車設計完成后需要對各部分模塊進行測試。表1給出了需要測試的模塊及要求。表2為模塊測試時遇到的問題及解決方案，其中避障模塊在測試時順利實現避障功能。最后通過最終調試及測試，設計基本實現了預設功能。

5結語

基于單片機的智能尋光小車設計以STC89C52RC芯片為核心，運用GY-30、超聲波模塊、HC-05芯片等器件，利用提前燒寫進單片機中的程序操控小車，實現智能尋光、自動避障、避障顯示、藍牙遙控等功能。本產品是在智能控制與自動化方面的研究基礎上設計的，該設計操作簡單、抗干擾能力強，可應用于無人駕駛、輔助救援等領域。

作者：岳煒茗 鄭鵬輝 李廣 何英昊 單位：大連理工大學城市學院 西安大醫集團 沈陽工業大學