如何利用51单片机制作简易的光电小车？

　　前言
　　应学校暑期课程要求，也作为和小组成员完成一次对51单片机的练手，制作了简易的光电小车，完成了循迹功能，下面包括较为详细的小车搭建过程以及完整代码。
　　硬件部分准备
　　电源
　　可充电的电池组是智能车的唯一动力来源。一般要求额定电压在7.2—9.6V 之间。可充电电池按化学组成分类，有铅酸、镍镉、镍氢、锂离子、锂聚合物等不同类型，其主要指标为电压、容量等。然而在选择可充电电池时，除考虑电压和容量，还应根据应用着重考虑电池的放电能力。电池放电能力习惯上以 C 为单位进行评价，C 即电池容量。智能车竞速的特点要求充电电池要有大容量、高放电能力的特点。常见的可充电电池有镍镉充电电池、镍氢充电电池、锂离子充电电池等
　　1）镍镉充电电池的单个电压较低，仅有 1.2V；而且镍镉金属会污染环境，电池的记忆效应严重，能量密度较低，现在基本已经被淘汰，因此不适合使用。
　　2）镍氢充电电池的单个电压也为 1.2V，它的记忆效应稍微比镍镉充电电池轻微，但是自放电现象严重，能量密度中等；好处是价格便宜，应用广泛。
　　3）锂离子充电电池，单个电压为 3.6V，无记忆效应，能量密度高。
　　综上，我们选择型号为 18650 的锂离子电池作为电源，能量密度高，而且只需两块即可达到额定电压为 7.2V 的要求。
　　降压模块
　　因为供电需求不同，我们还需要使用降压模块实现7.2V到5V的电压转换，此次我们采用了LM2596S（一定注意正负极）
　　控制模块
　　对于智能车的控制模块，我们选择最为熟悉的 STC89C51 单片机，它是一款基于 8 位单片机处理芯片 STC89C51RC 的系统。采用STC89C51 单片机作为系统的主控芯片，通过预先写入 STC89C51 中的控制程序来控制小车的运动，进而达到对智能小车的控制。另外，STC89C51 的供电电压为 5V，可通过 7.2V 电源经过降压模块来给单片机进行供电。
　　驱动模块
　　在智能小车两个前轮上各安装一个直流电机（小黄电机），分别控制小车的两个轮子的转速。当两个轮子的转速不同时，根据惯性，小车会转弯；当两个轮子的转速相同时，小车将直行。我们采用LM298N 实现对直流电机的驱动，其内部设有两个 H 桥高电压大电流全桥式驱动器。通过单片机将 PWM 脉冲信号传输给 L298N 电机驱动芯片，从而达到控制直流电机的速度、停止和正反转向，保证小车能够实现沿着预先设置的轨道行走、躲避障碍物以及自动纠正偏离。
　　检测模块
　　智能车的检测模块主要分为三种：摄像头、电磁、光电。本次课设中我们选择 TCRT5000 光电传感器作为检测模块。TCRT5000 是一款红外反射式光电开关。传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，常用于黑白线检测的场合。
　　整体实现框图
　　
　　程序部分准备
　　定时器部分
　　v
void Timer1_10ms(void)
{
TMOD |= 0x10 ; //使用模式 1
TH0 = (65536 - 10000)/256; //取高 8 位
TL0 = (65536 - 10000)%256; //取低 8 位 共定时 10ms
TR1 = 1; //打开定时器 1 开关
EA = 1; //打开中断总开关
ET1 = 1; //打开定时器中断 1 的开关
}
void Timer1_Isr(void) interrupt 3
{
static unsigned char i = 0;
TH0 = (65536 - 10000)/256; //重载初值
TL0 = (65536 - 10000)%256;
i++;
if(i == 11) //100ms 反转一次
{
//所需控制内容——PWM 定时
}
　　原理
　　电机本质上是一个电感元件，那么数字信号表现在电机上就是平均值。平均电压越大，电机转的越快。而通过 PWM 输出不同占空比数字电压信号，即不同电压值的模拟信号，便能控制电机在不同转速下转动。
　　电机输出端引脚是高电平电机就可以转动，当输出端高电平时，电机会转动，但是是一点一点的提速，在高电平突然转向低电平时，电机由于电感有防止电流突变的作用是不会停止的，会保持这原有的转速，以此往复，电机的转速就是周期内输出的平均电压值，所以实质上我们调速是将电机处于一种，似停非停，似全速转动又非全速转动的状态。
　　功能框图
　　
　　后期
　　成品及局部展示
　　整体造型
　　
　　主控和驱动
　　
　　光电管检测部分
　　
　　电源管理
　　
　　黑胶带制作简易车道
　　
　　调试及效果
　　初始调试建议光电小车时，采用了差速控制的方法，在模拟车道上能够实现较好的转弯的功能，但问题是无法很好的通过急弯。为此，想到了使一侧的车轮反转，另一侧车轮正转以获得最大程度的转速差，至此小车能够比较好的通过所有模拟的弯道。在一次次调试的过程中，将电机驱动引脚的占空比提高，并将周期缩小，小车获得了更高的车速，与此同时小车的过弯性能降低了，为了解决这个问题，经过大量依赖程序的调试并没有获得很好的效果。于是我们想到了改变小车光电管的位置，以提前感知弯道，将两对光电管改为“八”字构，并将最外侧的一对光电管向前伸展，最终获得了比较好的效果。
　　CODE
　　最后附上所有代码
　
#主程序部分
#include"stc15.h"
#include"start_set.h"
#include"motor.h"
#include"time.h"
void main()
{
time_start();
while(1)
        {
        if(left2==0&&left1==0&&right1==0&&right2==0)//Ö±ÐÐ
                straight(count1,650,count2,650);
        else if(left2==0&&left1==1&&right1==0&&right2==0)//×óСת
                straight(count1,1,count2,1000);
        else if(left2==0&&left1==0&&right1==1&&right2==0)//ÓÒСת
                straight(count1,1000,count2,1);
        else if(left2==1&&left1==1&&right1==0&&right2==0)//×ó´óת
                acute_left(count1,800,count2,800);
        else if(left2==0&&left1==0&&right1==1&&right2==1)//ÓÒ´óת
                acute_right(count1,800,count2,800);
        else if(left2==1&&left1==0&&right1==0&&right2==0)//×ó¼±×ª
                {
                        acute_left(count1,1000,count2,1000);
                }
        else if(left2==0&&left1==0&&right1==0&&right2==1)//ÓÒ¼±×ª
                {
                        acute_right(count1,1000,count2,1000);
                }
        }
}


# 电机控制部分
#include"stc15.h"
void left_motor(int count1,int time1)
{
        IN1=1;
        IN2=0;
        if ( count1         ENA=1;
        else
        ENA=0;
}
void right_motor(int count2,int time2)
{
        IN3=0;
        IN4=1;
        if ( count2                 ENB=1;
        else
                ENB=0;
}
void back_left(int count1,int time1)
{
        IN1=0;
        IN2=1;
        if(count1                 ENA=1;
        else
                ENA=0;
}
void back_right(int count2,int time2)
{
        IN3=1;
        IN4=0;
        if ( count2                 ENB=1;
        else
                ENB=0;
}
void straight(int count1,int time1,int count2,int time2)
{
        right_motor(count2,time2);
        left_motor(count1,time1);
}
void acute_left(int count1,int time1,int count2,int time2)
{
        back_left(count1,time1);
        right_motor(count2,time2);
}
void acute_right(int count1,int time1,int count2,int time2)
{
        left_motor(count1,time1);
        back_right(count2,time2);
}


# 初始化
#include"stc15.h"
***it ENA=P0^0;
***it IN1=P0^1;
***it IN2=P0^2;
***it ENB=P1^0;
***it IN3=P1^1;
***it IN4=P1^2;
***it left1=P2^3;
***it left2=P2^4;
***it right1=P2^1;
***it right2=P2^2;
int count1=0;
int count2=0;
void time_start(void)
{
        TMOD=0x00;
        TH0=(65536-120)/256;
        TL0=(65536-120)%256;
        EA=1;
        ET0=1;
        TR0=1;
        TH1=(65536-120)/256;
        TL1=(65536-120)%256;
        EA=1;
        ET1=1;
        TR1=1;
}


# 定时中断
#include"stc15.h"
#include"intrins.h"
void timer0()interrupt 1
{
        TH0=(65536-120)/256;
        TL0=(65536-120)%256;
        count1++;
        if(count1>1000)
                count1=0;
}
void timer1()interrupt 3
{
        TH1=(65536-120)/256;
        TL1=(65536-120)%256;
        count2++;
        if(count2>=1000)
                count2=0;
}