基于单片机的智能遥控寻迹小车的设计000

摘要：本系统设计采用STCS52作为控制器，利用反射式红外光电传感器实现小车自动寻迹导航，在实验中采用与白色地面色相差很大的黑色线条引导小车按照既定路线前进；系统驱动采用L298N控制的直流电机，利用无线发射接收模块实现小车的前进、后退以及转向。实验证明此方案可行并且可靠，具有一定的教学及实用价值。

关键词：STCS52;寻迹;无线遥控;红外光电传感器

引言

近年来，智能小车的设计逐渐在各高校及各类电子设计竞赛中广泛开展起来，从高职院校的技能竞赛到本科及研究生的设计竞赛，从竞速到竞技，到处都是智能小车的影子。智能小车是计算机、机械、人工智能、自动控制等学科领域交叉综合的体现，具有重要的应用价值。本文以STCS52为控制核心，从软硬件及机械结构等方面，介绍了一款智能遥控寻迹小车的原理及设计思想。

1 系统方案

小车的控制要求有两个方面：一是寻迹，在白色背景下，能够沿宽5mm-8mm无分支黑线灵活行驶；二是遥控，利用遥控器能够控制小车的前进、后退及转弯等动作。

根据系统设计要求，寻迹部分采用反射式红外光电传感器在白色背景下识别黑色轨迹，由单片机接收信号并进行判断，通过两个直流电机来控制小车行进方向；遥控部分采用PT2262作为发射编码器，接收部分采用PT2272解码，单片机接收并处理控制信号；小车的车体采用玩具小车的底座。系统框图如图1所示。

寻迹模块稳压电源遥控器接收机微控制器系统光电耦合驱动电路直流电机图1 系统结构框图

2 各部分硬件电路设计

2.1电机驱动模块

系统采用两个直流电机来控制小车的行进和转向，电机的驱动采用SGS公司的L298N，该芯片是恒压横流的桥式驱动芯片，内部包含4通道逻辑驱动电路，可以方便的驱动两个直流电机。其驱动直流电机电路的优点是电路简单可靠，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压，带上TLP521光耦后，有利于单片机的控制。

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚接电源电压，电压范围VIH

为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。L298可驱动2个直流电动机，在本模块中，我们把OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间分别接电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。6（EnA），11（EnB）脚分别接PWM控制端，调节电机的转速。

VCC+12VVCCR11KR21KR31KR41KP13P11P17P15U212345678A1K1A2K2A3K3A4K4TLP521-4C1E1C2E2C3E3C4E4161514131211109R51KR61KR71KR81KVCCU1APWM6APWM111155710128EN AEN BSEN ASEN BIN1IN2IN3IN4GNDL298NOUT414OUT313AVCC+VS94MG1MOTORAOUT12OUT23MG2MOTOR 图2 直流电机驱动模块

2.2寻迹模块

系统采用红外对管作为寻迹模块的传感器，红外对管传感器接线图如图3所示，发光管始终处于导通状态，光线照射到路面会产生反射，接收管接收经过地面反射回来的红外线，由于黑色会吸收较多的红外线，从而使接收管接收到的红外线减少，使接收管输出端产生电平信号的变化，单片机根据接收的电平信号变化来控制小车的行进方向。为了使其产生稳定的电平信号，在电路中加入史密斯触发器74LS14对接收模块的输出信号整形。系统共设有4个红外对管，与单片机的连接方式相同，其中一个的原理图如图3所示。

VCCU1RPK1103红外对管U214131211109874HC141234567R2522KQ1P20C19013104+5V 图3 寻迹模块传感器接线原理图

2.3 无线遥控模块 2.3.1 遥控器

遥控器采用了编码芯片PT2262, PT2262是普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，最多可有12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441 地址码,PT2262 最多可有6 位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按

下时，PT2262 不接通电源，其17 脚为低电平，所以315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第17 脚输出经调制的串行数据信号，当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17 脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100％的调幅。

图4 遥控器电路原理图

2.3.1 接收机

接收部分采用市售的315M接收模块接收信号，用解码芯片PT2272进行解码。接收模块原理图如图5所示，图6为315M接收模块原理图。

Q58050Q68050315M接收模块J2+5VU512345672272181716151413121110Q78050FOC3FOC4Q880501234P20P22P24P26FOC4R910KR1010KR1110KR1210KLED2LED3LED4LED5FOC3R8270K红红白红黄绿R13330R14330R15100R16100 图5 接收模块原理图

图6 315M接收模块原理图

3 系统的软件设计

主程序程序流程图如图16所示。执行部分流程图如图17所示。智能寻迹子函数流程图如图18所示。

开始 初始化 等待按键 否 有键按 下？ 是 判断键值 K3按下 K2按下 确认命令 右转命令 K4_M=1 前进模式 结束 图7 主程序流程图

K1按下 K4按下 左转命令 K4_M++ K4_M=2 K4_M=3 后退模式 寻迹模式 是 前进右转 开始 左侧检测到黑 线？ 否 右侧检测到黑 线？ 否 两侧没检测到 黑线？ 否 是 两侧都检测到黑线？ 是 前进左转 是

刹车 前进 否 结束 图8 智能寻迹子函数流程图

3 结束语

本设计选用的集成元件L298N，PT2262,PT2272等，简化了硬件设计，缩小了硬件空间，提高了系统稳定性，软件设计使用PWM调制技术，在实现原有功能的基础上，减小了电功率，更加节能。系统设计时，基本上都使用现在比较通用的电路模块和集成芯片，利于系统的维护。设计选用的器材实用性强，价格较合理，成本适中。本系统小车是智能和人工控制并存，适合单片机初学者的制作与学习。

本系统可作为单片机初学者对单片机功能的了解及进一步学习的实训教材，提高他们学习单片机的兴趣和动手能力；也可开发汽车的自动避障功能，提高道路安全的模拟实验；部分功能模块，可应用于工厂的自动控制，例如无线遥控机器设备、工业产品的自动往返运输。系统的自动寻迹为智能模块，也可作为机器人爱好者的学习基础材料。