引言

在嵌入式系統領域，51單片機因其簡單易用、成本低廉的特點，一直是入門學習的理想平臺。今天我將分享一個基于51單片機的多功能智能小車項目，它集成了按鍵PWM調速、障礙物跟蹤、紅外循跡和數碼管顯示四大功能。這個項目不僅涵蓋了嵌入式開發的核心技術點，也是理解實時控制系統的絕佳案例。

項目概述

該智能小車系統通過以下硬件和軟件模塊協同工作：

• 主控制器：STC89C52RC（經典51內核單片機）

• 驅動模塊：L298N電機驅動板

• 感知模塊：紅外循跡傳感器×3，超聲波測距模塊

• 交互模塊：4位共陰數碼管，獨立按鍵×3

• 電源模塊：18650鋰電池組（7.4V）

關鍵硬件說明

1. L298N驅動電路：

   • 雙H橋設計，可同時控制兩個直流電機

   • 支持PWM調速和正反轉控制

   • 最大輸出電流2A，滿足小車動力需求

2. 紅外循跡傳感器：

   • 基于TCRT5000反射式紅外傳感器

   • 檢測距離2-10mm可調

   • 數字輸出（0/1）簡化處理邏輯

3. 超聲波測距：

   • HC-SR04模塊，測量范圍2cm-400cm

   • 精度可達3mm

   • 用于障礙物檢測和跟蹤

軟件架構

主程序流程圖

核心模塊實現

1.? 按鍵檢測

? 采用狀態機思想在定時器中斷中利用中斷周期跳轉時間進行消抖

#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;}   // 第一次判斷按鍵是否按下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（因為定時器終端周期設置為10ms）后判斷按鍵是否真的按下break;case 2:{if(key[i].key_sta==1){key[i].judge_sta=0;}}  // 回到初始化break;}}}        

2.??PWM調速系統

unsigned char cunt,com=80;
// 定時器0初始化（10ms中斷）
void  carrun(unsigned char );
void Timer0_Init(void) {		   //初始化小車TMOD &= 0xF0;   // 清除T0控制位						  TMOD |= 0x01;   // 設置T0為模式1（16位定時器）TH0 = 0xDC;     // 10ms定時初值（11.0592MHz晶振）TL0 = 0x00;ET0 = 1;        // 使能T0中斷TR0 = 1;        // 啟動T0
}
// 定時器0中斷服務函數
void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {TH0 = 0xDC;        // 重裝初值TL0 = 0x00;	getkey();if(key[0].single_flag==1)  //檢測按鍵按下增加占空比{if(com<100){com+=10;}else com=10;key[0].single_flag=0;key[1].single_flag=0;}if(key[1].single_flag==1)  //  按鍵2按下改變 車輛行駛狀態{log++;log %=4;}
}// 100us中斷
void Timer1_Init(void) {	   TMOD &= 0xF0;   // 清除T1控制位						  TMOD |= 0x10;   // 設置T1為模式1（16位定時器）TH1 = 0xFF;     // 10ms定時初值（11.0592MHz晶振）TL1 = 0x9C;ET1 = 1;        // 使能T1中斷TR1 = 1;        // 啟動T1
}
// 定時器0中斷服務函數
void Timer1_ISR(void) interrupt 3 {	  //模擬pwm波TH1 = 0xFF;        // 重裝初值TL1 = 0x9C;		   cunt++;cunt%=100;	   //占空比調速s2=led2;s3=led3;		//循跡s4=led4;s5=led5;	 // 跟隨紅外感應狀態if(cunt<com)	        // 調整占空比 {carrun(0);}else{carrun(1);}
}
void  carrun(unsigned char en)
{EN1 = en;  //為1 左電機使能EN2 = en;  //為1 右電機使能
}

3.??障礙物跟蹤算法

// 超聲波測距函數
float Get_Distance() {unsigned int time = 0;float distance = 0;TRIG = 0;delay_us(2);TRIG = 1;delay_us(10);TRIG = 0;while(!ECHO); // 等待回波高電平TR1 = 1;      // 啟動定時器1while(ECHO);  // 等待回波結束TR1 = 0;      // 停止定時器1time = TH1 * 256 + TL1;TH1 = 0;TL1 = 0;distance = time * 0.017; // 計算距離 (cm)return distance;
}// 障礙物跟蹤控制
void Obstacle_Tracking() {float dist = Get_Distance();if(dist < 10) { // 前方障礙物太近 - 后退Motor_Backward();} else if(dist < 30) {// 理想跟蹤距離 - 前進Motor_Forward();}else {// 尋找障礙物 - 旋轉Motor_Turn_Right();}
}

4.? ?紅外循跡算法

void Line_Tracking() {u8 track_status = (TRACK_L << 2) | (TRACK_M << 1) | TRACK_R;switch(track_status) {case 0b000: // 000 - 無線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：? ?傳感器數據都在定時器中斷里實時更新

實現效果?

51小車按鍵調速效果

51小車紅外循跡效果

51下車障礙物跟隨效果

結語

通過這個51單片機智能小車項目，我們實踐了：

• 定時器中斷配置

• PWM波形生成

• 多傳感器數據融合

• 實時控制系統設計

• 人機交互實現

雖然51單片機資源有限，但通過精心設計仍然可以實現復雜的嵌入式系統。該項目不僅鍛煉了硬件設計能力，也提升了軟件優化技巧，是嵌入式開發入門的絕佳實踐。