1、1智能小车的设计与实现宜昌市葛洲坝中学高二（五）班 詹百宁 成宜指导老师：张国平摘 要 本课题组设计制作了一款由遥控车改装为具有智能判断功能的小车，作品可以作为高级智能玩具，也可以作为大、中学生学习嵌入式控制的强有力的应用实例。关键词 智能 电动车 PIC 单片机1. 引言智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于自动化机器、科学勘探等等的用途。智能电动车就是其中的一个体现。本次设计的简易智能电动车，采用 PIC16F676 单片机作为小车的检测和控制核心。本文通过对智能小车的设计介绍，详细的说明了智能小车的一种实施方案。
2、2. 智能小车现状2.1. 智能小车的种类智能小车的外形样式一般都大同小异，主要不同在于电路的构造及其功能。智能小车的传感器一般采用红外对管，金属开关，超声波测距，加速度传感器，指南针传感器，舵机，直流电机，L298N 控制器等。同时采用单片机开发板作为主控电路，其他的传感器加载到其上。要实现其功能，只需编一些程序然后将程序下载到其单片机上即可。2.2. 本项目智能小车需求（1） 场地要求，如图 1 所示：2图 1 场地示意图（2） 任务要求智能小车在起点启动，绕场地赛跑一周，然后停在起点上就算作任务完成。比赛以时间短者为优胜。3. 系统组成本文提供的智能小车的方案的硬件部分主要由鉴别电路、感
3、应装置、动力驱动、方向驱动和控制电路组成。3.1. 驱动装置本文介绍的智能小车的驱动装置为某遥控小车的驱动装置，只是硬件处理上将原车的控制芯片对应的线路切断，将线路引到外面的电路板上，所以该车的动力系统较先进（内有高速马达、舵机和机械变速齿轮） 。3.2. 控制电路简介控制电路主要部分是 PIC16F676，其主要特点如下：（1） 12 个具备独立方向控制功能的 I/O 引脚（2） 高拉/ 灌电流能力，可直接驱动 LED（3） 模拟比较器模块：- 一个模拟比较器- 可编程的片内比较器基准电压（CVREF ）模块- 与器件输入引脚复用的可编程输入- 可对比较器输出进行外部访问（4） 模数转换器模
4、块（PIC16F676 ）：- 10 位分辨率- 可编程的 8 通道输入- 基准电压输入（5） Timer0：带 8 位可编程预分频器的 8 位定时器/ 计数器（6） 增强功能的 Timer1：- 带预分频器的 16 位定时器/ 计数器- 外部门控输入模式- 如果选择 INTOSC 方式，在 LP 模式中可以选择 OSC1 和 OSC2 作为Timer1 的振荡器3（7） 通过两个引脚可进行在线串行编程（ICSPTM）3.3. 感应装置采用红外线检测方法，利用一管发射另一管接收，通过颜色的改变所反射的不同信号来接收高低电平。外界对红外信号的干扰比较小，性价比高。当小车底部的某边红外线收发对管遇
5、到黑带时输入电平为高电平，反之为低电平。结合中断查询方式，通过程序控制小车往哪个方向行走。电路中的可调电阻可调节灵敏度，以满足小车在不同光度的环境光中能够寻迹。由于接收对管装在车底，发射距离的远近较难控制，调节可调电阻，发现灵敏度总是不尽人意，最后采用在对管旁安装一个挡光盒，用黑色胶带屏蔽外界光的影响，灵敏度大幅提升。3.4. 硬件原理框图硬件原理框图如图 1：P I C 1 6 F 6 7 6L M 3 2 4 运算放大器3 对红外检测灯驱动装置图 1 硬件原理框图电路原理图（驱动装置部分略）如图 2：4图 2 电路原理图图 2 中 R、L、F 端接小车驱动的右转、左转及前进控制端。7.8V
6、 电池来自小车的 6 节 AA 电池组。4. 软件设计4.1. 初始化RC3、RC4、RC5 定为输出端。RA0、RA1 、RA2 定为输入端。4.2. 中断控制设计主时钟频率 4 MHz，程序实际工作频率频率 1 MHz（4 个时钟为 1 个工作周期） ；PSA 位清零可将预分频器分配给 Timer0 模块。通过设置 PS2:PS0 位（OPTION_REG）可选择预分频器的设定值。最终设定约 1.2ms 为一次中断。从而实现了中间的红外检测灯的定时检测，有一定的抗干扰功能。4.3. 小车循迹的实现该智能小车采用红外线检测的方法，当红外检测灯一检测到黑线，就做出相应的反应，其软件工作流程图如
7、图 3：5. 调试及结论整机焊接完毕，首先对硬件进行检查联线有无错误，再逐步对各模块进行调试。其次写入电机控制小程序，控制其正反转，停机均正常。加入避障子程5序，小车运转正常，调整灵敏度达最佳效果。接着对黑带检测模块调试，发现有时小车会跑出黑带，经判断是因为红外线收发对管灵敏度不高，调整灵敏度后仍然达不到满意效果，疑是受环境光影响，通过各种方案的讨论及尝试，再经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化，最后采用在对管旁安装一个挡光盒，用黑色胶带屏蔽外界光的影响，灵敏度大幅提升。最终以 12秒 97 的成绩完成比赛。小车外观如图 4：6开始接口 、 数据初始化 ， 中间采样判别值 H =
8、 0 ；定时器 0 中断 ， 采样中间传感器信号本次采样为高 ， 前次采样为低 ？H = H + 1中断返回左传感器采样为高 ？右转驱动 左转驱动调速控制H = 1 ？H = 2 ?停车控制结束中断入口YNY NYYN图 3 程序流程图7图 4 小车外观图6. 应用本智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了。当驾驶员因疏忽或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用。如果汽车偏离车道或距障碍物小于安全距离时，汽车就会发出报警，提醒驾驶员注意，如果驾驶员没有及时做出反应，汽车就会自动减速或停靠于路边。这样的小车还可以用于月球探测等的无人探月车，帮助我们传达月球上更多的信息，让我们更加的了解月球，为将来登月做好充分准备。这样的小车在科学考察探测车上也有广阔的应用前景。在科学考察中，有许多很危险且人们无法涉足的地方，这时，智能科学考察车就能够派上用场，在它上面装上摄像机，代替人们进行许多无法进行的工作。本文介绍的软硬件设计为智能小车的应用提供了一种可行的实用技术方案。参考文献1. TX2/RX2 五功能遥控器说明书2. MCD-demo 使用说明书3. PIC16F676 等数据手册4. 何希才，任力颖，杨静.实用传感器接口电路实例.中国电力出版社，2007.
