智能小车设计与实现 智能小车可以实现功能

　　摘要：本项目以增强型51芯片STC12C5A60S2为主控芯片，配合直流电机，灰度传感器，红外接近开关等器件构成智能小车。该系统通过调节PWM波的输出可实现小车的前进，后退，转向，加速，减速等操作，可精准地完成小车沿边界线行走，在标志线处转弯和在超速区加速等功能。
　　关键词：主控芯片；智能小车；边界线行走；标志线处转弯；超速区加速
　　中图分类号：TP313文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)21-5192-04
　　Design and Implementation of the Smart Car
　　ZHU Mei-mei
　　(Jiangsu Vocational and Technical College of Finance & Economics,Huai’an 223003,China)
　　Abstract: This project enhanced 51-chip STC12C5A60S2 constitute a Smart car for the main chip, with the DC motor, gray-scale sen sors, infrared proximity switches and other devices. The system adjusts the PWM wave output can be realized the car forward, backward, turning, acceleration, deceleration operation, the car along the border boundary can be accurately completed to walk in the flag line at the turn and accelerate in the speeding District functions.
　　Key words: master chip; smart car; boundary line to walk; flag line at the turn; speeding district acceleration
　　 1系统方案与论证
　　本系统主要由微控制器模块，电机模块，电机驱动模块，电源模块，边界检测模块和标志检测模块组成。为了更好地实现各模块的功能，分别设计了几种方案并进行了论证。
　　1.1微控制器的论证与选择
　　方案一：采用可编程逻辑器件FPGA作为微控制器，FPGA可以实现各种复杂的功能，规模大，密度高，体积小，稳定性高，IO资源丰富，易于进行功能扩展。FPGA处理速度很快，适合作为大规模控制系统的控制核心，但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高，考虑性价比因素，最终放弃了此因素。
　　方案二：采用STC公司STC12C5A60S2单片机作为主控制器，STC12C5A60S2是高速，低功耗，高性能的增强型51单片机，片内含60K的flash，1280B的SRAM，带有片内AD，独立的波特率发生器以及PCA定时器可方便地产生PWM波。
　　综合考虑采用方案二。
　　1.2电机模块的论证与选择
　　方案一：采用步进电机，步进电机是一种将电脉冲转化为不连续的机械运动的机电装置，电机旋转的角度正比于脉冲数，故步进电机具有快速启停的能力，转动精度高，正反转控制灵活。
　　方案二：采用普通的直流电机，直流电机具有优良的调速特性，过载能力强，能承受频繁的冲击过载，可实现频繁的无级快速启动，制动和反转。直流电机更易于购买，并且电路相对简单。
　　综合考虑采用方案二。
　　1.3电机驱动模块的论证与选择
　　方案一：用分立元件构成驱动电路，分立元件够成驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际中应用广泛，但这种电路性能不够稳定。
　　方案二：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端，用该芯片作为电机驱动，操作简便，稳定性好，性能优良。
　　综合考虑采用方案二。
　　1.4电源模块的论证与选择
　　方案一：采用蓄电池供电，蓄电池具有较强的电流驱动能力，以及稳定的电压输出性能，但是蓄电池体积过于强大，在小型电动车上使用极为不方便。
　　方案二：采用可充电镍氢电池，直接对电机供电，通过7805转换成+5V后给单片机供电，此种电池工作后单片机和传感器工作稳定，直流电机不受影响，且电池体积小，能够满足系统的要求。
　　综合考虑采用方案二。
　　1.5边界检测模块的论证与选择
　　方案一：根据题目要求，小车场地高出了地面，为了防止小车掉离场地，需要对场地边界进行检测。由于场地边界由黑胶带围绕，可以用灰度传感器检测边界。灰度传感器根据不同颜色对光的反射强度不一样来判断木板与黑胶带的区别。
　　方案二：采用红外接近开关来检测边界，红外接近开关对目标物发出红外光，当目标物在一定距离之内时，接近开关才有感知，输出信号，否则接近开关没有信号输出，从而达到开关的功能，用红外接近开关可以有效地检测处高出地面的边界，使用方便。
　　综合考虑采用方案二。
　　1.6标志检测模块的论证与选择
　　方案一：根据题意，在起始点，终点，转弯处都贴有黑胶带提醒小车转弯或加速，灰度传感器根据不同颜色对光的反射强度不一样来判断木板与黑胶带的区别，所以灰度传感器对检测黑胶带最为合适，采用此方案。
　　综上所述：本作品选用STC12C5A60S2作为主控制芯片，选用L298N来驱动直流电机，边界检测和标志检测采用红外接近开关和灰度传感器来实现，两车之间通过NRF24L01无线通信模块进行通信，整个系统用可充电镍氢电池来供电。