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引言
在嵌入式系统领域，51单片机因其简单易用、成本低廉的特点，一直是入门学习的理想平台。今天我将分享一个基于51单片机的多功能智能小车项目，它集成了按键PWM调速、障碍物跟踪、红外循迹和数码管显示四大功能。这个项目不仅涵盖了嵌入式开发的核心技术点，也是理解实时控制系统的绝佳案例。
项目概述
该智能小车系统通过以下硬件和软件模块协同工作：
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主控制器：STC89C52RC（经典51内核单片机）
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驱动模块：L298N电机驱动板
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感知模块：红外循迹传感器×3，超声波测距模块
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交互模块：4位共阴数码管，独立按键×3
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电源模块：18650锂电池组（7.4V）
关键硬件说明
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L298N驱动电路：
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双H桥设计，可同时控制两个直流电机
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支持PWM调速和正反转控制
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最大输出电流2A，满足小车动力需求
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红外循迹传感器：
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基于TCRT5000反射式红外传感器
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检测距离2-10mm可调
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数字输出（0/1）简化处理逻辑
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超声波测距：
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HC-SR04模块，测量范围2cm-400cm
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精度可达3mm
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用于障碍物检测和跟踪
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软件架构
主程序流程图
核心模块实现
1. 按键检测
采用状态机思想在定时器中断中利用中断周期跳转时间进行消抖
#include <reg52.h>
#include "key.h"sbit key_s1 = P3^0 ;sbit key_s2 = P3^1 ;sbit key_s3 = P3^2 ;sbit key_s4 = P3^3 ;struct keys key[4]={{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0},
};
void getkey(void)
{unsigned char i;key[0].key_sta = key_s1;key[1].key_sta = key_s2;key[2].key_sta = key_s3;key[3].key_sta = key_s4;for( i=0;i<4;i++) {switch (key[i].judge_sta) {case 0:{if(key[i].key_sta==0) key[i].judge_sta=1;} // 第一次判断按键是否按下break;case 1:{if(key[i].key_sta==0) {key[i].judge_sta=2;key[i].single_flag=1;}else key[i].judge_sta=0;} // 10ms（因为定时器终端周期设置为10ms）后判断按键是否真的按下break;case 2:{if(key[i].key_sta==1){key[i].judge_sta=0;}} // 回到初始化break;}}} 2. PWM调速系统
unsigned char cunt,com=80;
// 定时器0初始化（10ms中断）
void carrun(unsigned char );
void Timer0_Init(void) { //初始化小车TMOD &= 0xF0; // 清除T0控制位 TMOD |= 0x01; // 设置T0为模式1（16位定时器）TH0 = 0xDC; // 10ms定时初值（11.0592MHz晶振）TL0 = 0x00;ET0 = 1; // 使能T0中断TR0 = 1; // 启动T0
}
// 定时器0中断服务函数
void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {TH0 = 0xDC; // 重装初值TL0 = 0x00; getkey();if(key[0].single_flag==1) //检测按键按下增加占空比{if(com<100){com+=10;}else com=10;key[0].single_flag=0;key[1].single_flag=0;}if(key[1].single_flag==1) // 按键2按下改变 车辆行驶状态{log++;log %=4;}
}// 100us中断
void Timer1_Init(void) { TMOD &= 0xF0; // 清除T1控制位 TMOD |= 0x10; // 设置T1为模式1（16位定时器）TH1 = 0xFF; // 10ms定时初值（11.0592MHz晶振）TL1 = 0x9C;ET1 = 1; // 使能T1中断TR1 = 1; // 启动T1
}
// 定时器0中断服务函数
void Timer1_ISR(void) interrupt 3 { //模拟pwm波TH1 = 0xFF; // 重装初值TL1 = 0x9C; cunt++;cunt%=100; //占空比调速s2=led2;s3=led3; //循迹s4=led4;s5=led5; // 跟随红外感应状态if(cunt<com) // 调整占空比 {carrun(0);}else{carrun(1);}
}
void carrun(unsigned char en)
{EN1 = en; //为1 左电机使能EN2 = en; //为1 右电机使能
}3. 障碍物跟踪算法
// 超声波测距函数
float Get_Distance() {unsigned int time = 0;float distance = 0;TRIG = 0;delay_us(2);TRIG = 1;delay_us(10);TRIG = 0;while(!ECHO); // 等待回波高电平TR1 = 1; // 启动定时器1while(ECHO); // 等待回波结束TR1 = 0; // 停止定时器1time = TH1 * 256 + TL1;TH1 = 0;TL1 = 0;distance = time * 0.017; // 计算距离 (cm)return distance;
}// 障碍物跟踪控制
void Obstacle_Tracking() {float dist = Get_Distance();if(dist < 10) { // 前方障碍物太近 - 后退Motor_Backward();} else if(dist < 30) {// 理想跟踪距离 - 前进Motor_Forward();}else {// 寻找障碍物 - 旋转Motor_Turn_Right();}
}4. 红外循迹算法
void Line_Tracking() {u8 track_status = (TRACK_L << 2) | (TRACK_M << 1) | TRACK_R;switch(track_status) {case 0b000: // 000 - 无线Motor_Forward();break;case 0b001: // 001 - 右偏Motor_Turn_Left();break;case 0b010: // 010 - 居中Motor_Forward();break;case 0b011: // 011 - 右偏Motor_Turn_Left();break;case 0b100: // 100 - 左偏Motor_Turn_Right();break;case 0b101: // 101 - T字路口Motor_Forward();break;case 0b110: // 110 - 左偏Motor_Turn_Right();break;case 0b111: // 111 - 十字路口Motor_Forward();break;}
}注： 传感器数据都在定时器中断里实时更新
实现效果
51小车按键调速效果
51按键调速效果
51小车红外循迹效果
51小车红外循迹效果
51下车障碍物跟随效果
红外循迹
结语
通过这个51单片机智能小车项目，我们实践了：
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定时器中断配置
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PWM波形生成
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多传感器数据融合
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实时控制系统设计
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人机交互实现
虽然51单片机资源有限，但通过精心设计仍然可以实现复杂的嵌入式系统。该项目不仅锻炼了硬件设计能力，也提升了软件优化技巧，是嵌入式开发入门的绝佳实践。