STC单片机搭建的智能汽车

智能车辆系统必须推动的功能：上位机无线遥控可发送速率、转向、行车时间、轨迹、测距、自动蔽障等控制命令，同时可以反馈实时速率、距离、电源电流、功率等状况数据。

硬件原理

1、电机驱动：

智能汽车运用12V直流电机为车轮驱动力，6V步进电机为车轮转向控制提供动力，故智能车平台需驱动12V直流电机和6V步进电机。由于必须控制车辆的时速以及汽车行车的方向(包括转向或者前进、后退、停车)，直流电机驱动选用常见的H桥电路，通过控制信号选通对管与否实现电机的正反转，并改变所加电流的信噪比来改变电机电压。这里运用电机驱动专用芯片L298N，该芯片可驱动两路5-36V的直流电机或者一路四拍的步进电机。同时在L298N与主控芯片间通过四路光耦TLP521-4隔离清除干扰信号。

搭建好电路后不要直接在汽车上安装，外界一只同样功率的电机测试组件。在STC12C5A60S2上配置好串口、PWM，实现串口接收的数据直接赋值给PWM定时器CCAP1L、CCAP1H。利用串口调试助手发送控制信息给STC12C5A60S2，同时辅助外界电源设置L298N的IN1和IN2，共同完成L298N电机驱动组件的安装。

2、光电对管测速

光电对管采用TCRT5000，由一只特殊的发光二极管和光学三极管构成，当继电器发出的光打在光电二极管的栅极B上时二极管CE导通。而正常状况下二极管的光不能到达光电管的偏置上，故通过在车轮上贴反射片就能实现对车辆的测速。假设轮胎均匀贴有n片反射片，测得光电二极管的输出脉宽频率为f，则车速=f/n。为了提升测速的效率，在信号后级添加比较器调理信号为标准的方波，调节比较器运放的偏置电压使方波信号最适合于测速。

同样适用外界电机(已配有自制的编码盘)，给电机加电让其推动编码盘旋转，将光电对管靠近编码盘，用示波器观测输出脉冲讯号的有无与强弱，调节比较器偏置电压使脉宽最接近于方波且幅度小于3.3V。

3、超声测距

超声波测距的方式有多种：如往返时间检测法、相位测量法、声波幅值检测法。本设计选用往返时间测试法测距。其机理是超声波传感器发射一定温度的超声波，借助空气媒质传播，到达检测目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为T，超声波传播速度为V表示，则有关系式S=VT／2 。

超声波发射部分是为了让超声波发射换能器TCT40－16T能向外界发出40 kHz左右的方波脉冲信号。编程由pc机端口输出40 kHz左右的方波脉冲信号，由于单片机端口输出功率不够，40 kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行电压放大进而使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器TCT40－16T以声波方式发射到空气中。发射部分的电路，如图4所示。图中输出端上拉电流R31单片机智能小车怎么转向，R32，一方面可以增加反向器74HC04输出高转矩的驱动能力，另一方面可以减少超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。

上述TCT40－16T发射的在空气中传播，遇到障碍物就会返回，超声波接收部份是为了将反射波(回波)顺利接收到超声波接收换能器TCT40－16R进行转化成为电信号，并对此电信号进行放大、滤波、整形等处理后，这里用索尼公司生产的集成芯片CX20106单片机智能小车怎么转向，得到一个负脉冲送给单片机的INT0引脚，以形成一个中断。

接在CX20106的第五脚上的电压，用以设置带通滤波器的中心温度f0，阻值越大，中心温度越低。电路中运用一只粗调的可变电阻和一只精密调节的电流串联而成。调节变量信号发生器产生40K的方波，接在超声发射电路的输入端，同时用千分尺观测超声接收电路的输出端。用书本等模拟障碍物，调节两只电容观测示波器看接收端否会产生电平跳变。

4、电源模块

对于汽车而言电源是整个系统的咽喉，考虑到体积、重量、电能容量等。这里我们选择8节1.5V锂电池串联起来成为总电源输出(12V)，采用LM78L05、LM317构成整个电源组件。

5、无线通信模块

无线通信采用现成的串口接口的蓝牙组件，只应该配置主从机、信道、通信密码、波特率即可实现无线串行通讯。这样PC和主控STC12C5A60S2只需将通信理解为串行通信，给程序结构带给方便。不过应该考量通信接口的弊端：STC12C5A60S2是5V电压供电，TXD和RXD的通信电信号自然是以5V为参考电平；蓝牙组件是3.3V电压供电，TXD和RXD的通信电信号自然是以3.3V为参考电平。所以我们应该添加电平转化，实现STC12C5A60S2与蓝牙模块的正常通讯。一般电平转化可以使用专用的芯片74xHCT或164245，电阻分压法、OC/OD 器件法、晶体管上拉电阻法等。不过对比几种方案同时考虑电平兼容、电源次序、速度/频率、输出驱动能力等，最终选择晶体管法，电路如下，图中NPN的管子可以选择8050，1815等，不过倒不是所有的NPN的管子都可行，调试时使用9014就不能实现正常通信，估计是输出驱动能力不够的缘故。由于蓝牙的通信范围约束，我们还配备射频NRF2401来推动远距离的无线通讯，由于篇幅有限此处不予细述。

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