基于单片机的智能小车设计

### 基于单片机的智能小车设计 #### 引言 随着微电子技术和自动化技术的发展，基于单片机的智能小车设计成为教学和科研领域中的一个重要课题。智能小车不仅可以作为自动化控制技术的教学平台，还能应用于实际场景如智能家居、工业自动化等领域。本文介绍了一种基于80C51单片机的智能小车设计方案。 #### 1. 直流调速系统——PWM调速 直流电机调速系统中常用的一种方法是PWM调速，即脉冲宽度调制。通过改变脉冲的宽度来调节电机的速度。具体来说，当晶体管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶体管关断时，电动机通过二极管续流，两端电压接近于零。这种调速方式不仅简单可靠，而且能够实现精细的速度控制。 ##### 1.1 双极式H型PWM变换器 为了实现智能小车的左右转向，本设计采用了双极式H型PWM变换器。这是一种由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。其中，VT1和VT4、VT2和VT3分别同时导通或关断，其驱动电压Ubl=Ub4，Ub2=Ub3=-Ubl。这种电路结构使得电机可以在两个方向上运行，从而实现小车的左转和右转。 #### 2. 检测系统 智能小车的设计中，检测系统是非常关键的一部分，主要用于实现光电检测，即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状态进行测量。 ##### 2.1 行车起始、终点及光线检测 - **起始、终点检测**：采用反射式红外线光电传感器来检测路面的起始和终点（2cm宽的黑线）。当小车到达起点或终点时，传感器会检测到黑线并发送信号给单片机，启动或停止计数。 - **避障检测**：使用超声波传感器检测前方障碍物。当检测到障碍物时，小车会根据预设程序进行避障操作。 - **光线跟踪**：采用光敏三极管接收灯光信号，当光敏三极管接收到光线时，会输出高电平信号，经LM393电压比较器和741514施密特触发器整形后送入单片机进行处理。通过这种方式实现小车的光线跟踪功能。 ##### 2.2 行车方向检测电路 - 采用一对红外线发射和接收传感器，利用反射接收原理实现行车方向的检测。当发射管发射的红外光照射到地面上时，若遇到黑线则被吸收，接收管接收不到反射光线，从而输出低电平信号，单片机据此判断小车的位置并控制其转向。 ##### 2.3 前行与倒车控制 - 采用桥式电路和继电器实现小车的前行与倒车控制。通过控制继电器的开闭，可以改变电机的工作状态，进而控制小车的行驶方向。 - 在进入减速区时，通过单片机控制PWM调速，改变脉冲调宽波形的占空比，实现调速，最后通过反接制动实现停车。 ##### 2.4 行车距离检测 - 使用红外传感器或其他类型的传感器来检测小车的行驶距离。红外传感器反应速度快，可以实时监测小车的位置变化，为单片机提供准确的数据支持。 #### 总结 基于80C51单片机的智能小车设计结合了PWM调速、多种传感器检测技术，实现了自动避障、自动停车、自动寻迹等功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，适合于教学演示和科研实验等多种场合。通过不断优化和完善，智能小车还可以具备更多复杂的功能，满足不同应用场景的需求。