一种智能寻光小车的设计

（1.咸阳师范学院物理与电子工程学院，陕西咸阳，712000；2.铜陵学院，安徽铜陵，244000）

基金项目：咸阳师范学院大学生创新创业训练项目（2018079）。

智能应用

摘要：以STC89C52为主控制器，采用光敏传感器BH1750FVI检测外界光强变化，单片机发出指令驱动小车向光源行进，在行进的过程中采用红外对管避障模块绕开障碍物，最终到达光源附近并停车。采用PWM波并利用一定的算法精确控制小车的速度，实现了在一定范围内躲避障碍物并寻找光源的功能。

关键词：STC89C52；BH1750FVI；避障模块；寻光智能家居、机器人等逐渐进入了人们的生活。最常见的智能机器能小车也叫无人小车，通过自身携带的传感器来感知周围环境进而做出相应的动作。智能小车的出现，是人工智能与计算机技术发展的结果。智能小车为无人驾驶技术的研究奠定了基础[2-3]。智能小车的应用非常广泛，在军运货等方面，都能看到智能小车的使用。智能小车需要实现的功能是多样的，本文主要针对自动寻找光源及躲避障碍物这一部分功能设计一款智能寻光小车。

电机轮随着科学技术的迅猛发展，

VCCEGND红外探头右+512345678910111213141516171820P11.092M1920P10/ADC0/CLKOUT2VCCP11/ADC1P00/A00P12/ADC2/ECI/RxD2P01/A01P13/ADC3/CCP0/TxD2P02/A02P14/ADC4/CCPI/SSP03/A03P15/ADC5/MOSIP04/A04P16/ADC6/MISOP05/A05P17/ADC7/SCLKP06/A06RST/P47P07/A07P30/RXD/INTP46/RST2P31/TXDP45/ALEP32/INT0P44/NAP33/INT1P27/A15P34/INT/T0/CLKOUT0P26/A14P35/T1/INT/CLKOUT1P25/A13P36/WRP24/A12P37/RDP23/A11XTAL2P22/A10P21/A9XTAL1P20/A8GNDSTC12C5A60S220P4039383736353433323130292827262524232221+5人便是可移动的智能小车[1]。智

GNDADOSDASCLVCC光照传感器1GNDADOSDASCLVCC光照传感器2事勘测、智能救援、消防、扫地、

电机轮D?VCC5VGNDVCC12VOUTA1OUTA2D?L298NOUTB1OUTB2电机轮VCC电池盒GND36POWER1425IN4IN3IN2IN1+6VD?D?LED电机轮1K1 总体方案设计

图2 寻光小车整体电路原理图光源行走，在行走的过程中，能够自动避开障碍物。除此之电机驱动模块构成。系统组成框图如图1所示。避障模块智能寻光小车的主要功能是当检测到光源时小车随着

驱动小车前进，在前进的过程避障传感器检测前方是否有障碍物，若遇到障碍物，则反馈给控制器相应的信息用以调整小车行进的方向。

外，还要有前进、后退、左转、右转的基本功能，当小车到达光源时停车。该系统主要由光敏传感器、避障检测模块及

2 硬件电路设计

具有使用简单，控制方便、价格低廉的特点。光源检测采用

在实际设计电路时，控制器采用STC89C52，STC89C52

两路BH1750FVI光敏传感器，分别放在小车的两侧，避障

电机驱动模块光源检测模块控制器模块采用红外对管作为避障传感器，采用L298驱动器驱动境光照，当光照达到一定强度时，向单片机发出信号，单片驱动小车向光源方向前进，同时开启红外检测模块，进行障碍物检测。当检测到障碍物时，则调整运行方向，否则一直

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电机的前进、后退及转向。小车整体电路原理图如图2所示。

在图2中，由两路光敏传感器BH1750FVI检测外界环机STC89C52接收到光照信号后，为L298提供驱动信号，

电源 图1 系统总体框图定强度的光照时，向控制器发出信号，控制器发出驱动信号

光源检测模块负责检测外界环境光照情况，当检测到一

智能应用向光源方向行进。下面对寻光小车的主要模块进行介绍。■ 2.1 光源检测模块BH1750FVI因外界光源有可能在小车的周围任何方向，采用两路围环境的光照情况。BH1750FVI光敏传感器分别放在小车的两侧，实时监测周器，无需区分光源，支持广泛的光强度变化。BH1750FVI是一种数字化光强度传感的内部组成框图BH1750FVI内部包括一个光敏二极管、[4]如图3所示。一个光照后会产生一定的电流，再通过运放将电流转换为电压信AD转换器及I2C接口电路。当光敏二极管检测到外部一个集成运放、号，电压信号再经模数转换器逻辑运算器完成光强度计算，最后通过ADC转化为数字信息，通过驱动信号。传给主控芯片STC89C52。单片机根据得到的光强给出电机I2C接口电路将信息图■ 3 BH1750FVI2.2 智能避障模块

的内部组成框图模块。最常用的避障检测方式有超声波避障检测和红外避障

在小车行进过程中需要绕开障碍物，因此要有避障检测

块对环境光线适应能力强检测两种，超声波传播的方向性有一定误差[5]，红外避障模

外避障传感器由一对红外对管组成，利用物体的反射特性，[6]，因此选择红外避障传感器。红在小车运行时，发射管发射出一定频率的红外线，当遇到障碍物时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较电路处理之后，输出一个检测信号送给控制器，控制器根据检测到的信号作出相应处理。红外避障模块原理图如图■ 2.3 电机驱动模块

4所示。进行精确控制，直流电机由于结构简单，控制方便，工作为实现小车的直行及转向功能，需要对小车的四个轮子

L298N稳定的特点，智能寻光小车采用的电机为直流电机，选择可用来驱动直流电机、步进电机等，采用作为电机驱动器。L298N是一种常用的电机驱动器，所谓的H桥驱动方式。动器的分布类似于字母H桥驱动是驱动直流电机的一种常见电路，由于驱H，所以称为“H桥驱动”。主要用28来实现直流电机的正反转驱动。电机驱动电路原理图如图󰀁󰀁|󰀁󰀁电子制作󰀁󰀁󰀁󰀁2019年07月

5

所示。VCCVCCR2R44C102R550%R30715U1LED1366132输出信号U2R68C2941402730启动信号10Q10图4 红外避障模块原理图图5 电机驱动电路原理图入不同的高或低电平组合，就可以对电机的转向进行相应的由图5可知，单片机通过I/O口对L298N的输入端写

控制。如果想要对电机的速度进行控制，通过改变电机正转，在图则当5中，OUT2假设L298N和OUT4的OUT1输出高电平时，和OUT3输出高电平，电机就反转。

入端3 系统软件设计

PWM波的占空比就可以实现。L298N芯片输开始要能够完成寻找光源智能寻光小车主

初始化并在行进过程中可以检测到光源N自动避开障碍物的功Y能。当小车检测到光向光源方向行进走的过程中开启避障照后开始行走，在行Y检测到障碍物避障模块检测，若检测到障碍N向光源方向行进继续直行，当小车到物则转向绕行，否则

N光照强度大于达光源一定距离，则设定值Y停车。系统主程序流停车程图如图6所示。图6 系统主程序流程图（下转第24页）

智能应用表1 气压与水的沸点对应表气压(Pa)51000530005500057000590006100063000650006700069000710007300075000沸点(℃)81�81182�77583�70984�61585�49586�35187�18387�93388�78389�55390�30591�04091�758根据式(1)可确定不同大气压下煮蛋所需的时间: t=−1.5Twater+158 气压(Pa)81000830008500087000890009100077000790009300095000970009900010000沸点(℃)93�82094�47995�12595�75996�38196�99192�80693�14797�59098�17898�75799�32599�6065 结论对高海拔地区煮蛋效果进行自动补偿，实现了智能煮蛋。通过按键修改定时时间即可达到不同的熟嫩程度，实验表明，相比于传统的通过控制所加水量来控制鸡蛋的熟嫩程度，智能煮蛋器不仅提高了煮蛋的效率和成本，而且提高了煮蛋的效果。本文通过控制器STC89C52结合气压传感器BMP280参考文献t=煮鸡蛋时间（单位：min）。

表2 煮蛋器参数测量大气压值(kPa)100�785100�645100�943100�487100�917100�794水的沸点(℃)100100100100100100参数说明：Twater=不同大气压下水的沸点（单位℃）；

(1)＊ [1]刘柏良,叶根军,刘桥,梁辉,付志文等.水浴加热智能煮蛋＊ [2]潘邦文. 煮蛋器的防反复烧煮改造[N]. 电子报,2019-02-＊ [3]张春胜. 动车车载电热开水器控制系统研究[D].南京航空航03(007).

器设计与开发[J].中国新技术新品,2018(23):24-26.煮蛋器仓内水蒸气最高温度(℃)97�297�696�996�397�596�2＊ [4]周登山.基于单片机的测温及温控系统的设计与研究[J].电＊ [5]孙美琪,刘建男.基于AT89C52单片机的智能饮水机温控系统设计与开发[J].科技风,2019(06):89.子世界,2017(18):195.

天大学,2016:60-65.

（上接第28页）

环境光照情况。若未检测到光源，一直处于检测状态，若检测到光源，控制器驱动小车向光源方向行进，在行进的过程中，开启红外检测模块，判断前方一定距离是否有障碍物，若达到设定值，则停车，否则，继续运行。

若有障碍物，则进入避障程序，否则，一直向光源方向前进。在前进的过程中，判断检测到的光照强度是否到达设定值，

系统上电后进入初始化状态，光敏传感器开启检测外界一定的认识，对后续即将进行的智能灭火车的研究有一定的参考价值。

参考文献＊ [1]王宝萍. 玩具智能小车控制系统的设计与实现[D].电子科技＊ [2]王会,罗涛,陆培源.激光雷达在无人车辆中的应用及关键技＊ [3]罗涛,王晓娜,宋世德.光敏传感器智能寻光小车的设计与net/kcms/detail/51.1653.N.20181109.1638.040.html.com/p-314222042.html.

术分析[J].激光与红外,2018,48(12):1458-1467.大学,2012.

4 结束语

两路BH1750FVI光敏传感器作为光源检测模块，采用红外的任务，经过调整程序中PWM波的占空比，可以调整小车

本智能寻光小车采用STC89C52作为主控制器，采用

制作[J/OL].实验科学与技术:1-5[2019-05-10].http://kns.cnki.

线避障方式有效减少了环境光线对系统的影响。硬件电路组装完成后，在不同光照下做了实验，小车能够实现寻找光源的运行速度，小车实现了左转、右转、前进、后退等基本功能，同时在一定范围内能够准确避开障碍物找到光源。经过该智能寻光小车的设计及制作，对于理论与实际的应用结合有了

＊ [4]BH1750FVI中文手册[EB/OL].[2010.04].http://www.docin.＊ [5]郭志超,何爱龙.自动循迹避障寻光智能小车硬件系统设计[J].＊ [6]刘硕,师五喜.智能小车编队避障控制系统设计[J].自动化与仪表,2019,34(01):28-32.新乡学院学报,2016,33(09):45-48.

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