赵祖玉 赵振校
山东协和学院 山东省济南市 250109
摘 要：如今，互联网产业促进了快递行业的高速发展，但是人工分拣货物成本高、效率低，本文设计了一种基于STC89C52单片机的智能分拣小车。小车通过红外系统实现循迹、避障和测速，超声波系统实现测距。车轮应用了PWM调速系统和L298N芯片来控制电机旋转和调速，还有用EM78P458来显示小车基本情况。通过Protues软件完成仿真。经过测试，以上传感器和芯片发挥出了应有的技能，小车能够良好的前进、转向、调速、停止，最终实现了理想的效果。
关键词：单片机 智能小车 循迹 避障
1.背景及意义
计算机、微电子技术推动了科学技术朝着智能化的方向前进，智能小车只是其中的一个雏形。早在上个世纪50年代全球首个自动导向系统由美国的巴雷特公司研发出来，然而小车智能化在60年代才由科学家提出。我国近些年才开始智能小车的研究，前沿阵地主要包括研究所，清华大学等高校。我国对此极为重视并推出了一系列的相关政策。
现在智能小车在航天方面应用领域靠近前列，美国在探索火星时发射了机遇号、勇气号、好奇号、毅力号等火星探测车，搭载了各种先进的科技。随着机器智能化的发展，工厂的许多人工岗位都将被机器代替，特别是在运输分拣货物这一方面，运输车智能化有利于提高工厂生产效率。医疗机器人的发展使得手术更加精确等。可见智能小车的发展有利于我国在国防科技、医疗、生产生活进步等等方面有重意义。
2.1智能小车整体概述
主要分为一下几个模块：
主控模块，处理各个模块的数据，输出指令并执行。
电机模块，控制小车电机按照指令启动、前进、转向和停止。
电源模块，提供源源不断的稳定电源。
循迹模块，使小车沿着下方的黑线轨迹行驶
测距模块，检测小车距离障碍物的距离
显示模块，显示小车速度距离等信息
测速模块，经过弯道时使小车减速行驶。
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2.2电源模块：工厂内部需要频繁的及其作业，如果采用传统的电池供电就会出现供电不足，需要连续供电的情况，所以我们采用了无线充电的方式。本次设计采用的谐振式充电方法，但是单片机的工作电压是5V，所以需要一个电源模块同时向单片机和电机驱动芯片供电，并且把它们分隔开。由于STC89C52是5V电压，所以需要在电容供电后安装一个线性稳压装置LM2490。
2.3电机模块
L298N整体比L293D性能好，该芯片的优势是它具有高压大电流全桥驱动芯片，具有过热自动关断和电流反馈检测功能，可以专门驱动四相和二相电机，本次选用L298N，二极管和电容构成H桥电路，驱动直流电机。为了保护芯片，每个输出线上再接两个IN4007二极管。通过单片机内部输出的高低电平来改变芯片控制端的输入电平，就可以实现电机的正反转。电机方面选用直流电机。
2.4循迹模块
本次智能分拣小车采用的红外传感器。小车按照提前规划好的路线行驶，路面贴好黑线，实现智能循迹，货物分拣的效果。传感器根据接收反射回来的光的不同，转换成的不同的电流信号实现小车走向指定位置。当发射出去的红外线没有返回或者强度不够大的时候，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块输出为低电平，当接收管接收到的红外线经过漫反射回来时，强度足够高，三极管趋于饱和，此时模块输出为高电平。黑白色反射回来的光不一样，再通过LM393比较器来采集高低电平，从而实现检测信号的作用，避障的原理与此类似。
2.5避障模块
由于超声波避障成本较高，所以本次设计采用了红外避障。当左侧传感器检测到障碍物时，立即让小车左转弯后退，当小车右侧传感器检测到障碍物时，立即让小车右转弯后退，当正前方出现障碍物时处于制动状态。这一模块的优势是光电信号会随着光的变化而发生变化，它受到光强的作用比较明显
2.6测距模块
超声波每个很短的时间由单片机启动发射器发射一次，发射后的同时开始计时，遇到前面的障碍物反射回来引起单片机的中断，然后停止计时。当超声波的速度一定时，单片机测得超声波一个来回的时间乘以超声波的速度再除以2就是测量的距离。利用超声波模块配合不同的程序就可以实现避障和测距。
2.7显示模块
本次设计中采用两片4位8段数码管 gem4561ae作显示设备，并有双重功能，当小车不工作的时候，显示时间，小车工作的时候显示速度等信息。
本次芯片采用EM78P458作为驱动器，管脚如下图，用4个口线链接数码管，然后用单片机的并行口控制，这样的专用驱动芯片控制可以减少对CPU的利用，增加单片机的效率。
2.8测速模块
本次就依然采用红外传感器检测。原理与避障原理相同，传感器内部的光敏电阻根据反社会来的信号不同阻值会发生变化，将阻值的变化经比较器就就可以输出高低电平。红外发射管发出光线反射到光耦三极管上的槽型光耦上，导通后集电极输出低电平，红外线被检测物体遮断时，光敏三极管截止，集电极输出低电平。遮挡一次槽型光耦就输出一个脉冲信号，有多少个脉冲信号就有多少个被检测物体数量。单片机可以通过车轮带动码盘传动时内部计时的时间脉冲个数来测出小车速度。
2.9整体设计
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3.小车安装与调试
经过测试，在良好的条件下，小车可以达到基本要求，但是实际效果会和学习过程中的理论有一些偏差，误差积累过大就会产生很多问题，比如循迹感应干扰的问题等。本次设计基本上达到了预期目标，设计过程中克服了两大难题，复杂的硬件电路焊接与检测。其二就是软件编写，软件编写最困难的在于各个系统的兼容性，你需要考虑他的周期频率的统一，中断问题、重启问题的统一等问题。
参考文献
[1] 罗刘敏，王明霞，郭艳花，刘晓青. 基于单片机的智能小车控制系统设计[J]. 仪表技术与传感器. 2018(01)18-27
[2] 王晶. 智能小车运动控制技术的研究[D].武汉理工大学. 2015
[3] S. Thrun. Learning Metric-Topologic Maps for Indoor Mobile robot Nagivation [J]. Artificial Intelligence, 2019, 99(1):21-71.