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基金项目：南通理工学院自制教学仪器设备项目（ZYS2014002）、2023年南通理工学院课堂教改项目（2023JKT025）、2023年度南通理工学院博士科研启动基金项目（2023XK（B）02）、2023年度南通理工学院教研教改项目（2023JJG003）资助。

摘 要：随着智能车竞赛的普及，实训教学对于便携式教学设备的需求显著增加。本研究针对目前智能车教学中存在的实训设备不足和不便携的问题，设计并研制了一款基于单片机的便携式智能车实训教学设备。该设备依托单片机的可编程特性，实现了对智能车控制流程和策略的模拟与实训功能。同时，通过优化结构设计，成功实现了便携性，显著提高了教学设施的灵活性和可接近性。经过测试与应用，本文所研制的设备在智能车教学中展现出良好的操作性和实用性，为深化学生对智能车系统控制理论与实践技能的理解提供了有力的支持，具有良好的实用价值和推广前景。

关键词：智能车；单片机；便携式教学设备；控制模拟；实训教学；系统研制

中图分类号： 文献标志码：A

一、引言

便携式智能车实训教学设备的研制旨在提升工程教育的实践性，结合单片机技术，为学生提供更直观的实验和操作体验。该设备主要采用8051系列单片机作为控制核心，通过多种传感器和执行机构的结合，实现自主行驶、避障以及路径规划等功能。

二、便携式单片机智能车教学设备设计

在设备的设计中，选择了一款STC89C52RC型单片机，主频为12MHz，能够满足实时数据处理与控制的需求。智能车配备的传感器包括超声波传感器（HC-SR04，用于障碍物检测）、红外线传感器（用于线路跟踪）、加速度传感器（MPU6050，提供运动状态检测）等，支持多种功能模块的组合。

在通信方面，设备支持蓝牙模块（HC-05），实现与智能手机的实时数据传输和远程控制。通过手机应用，用户可以进行实时监控，设置行驶参数，并对车辆进行路径规划，使得教学过程更加灵活与丰富。

为了提高软件开发的效率，采用Keil IDE进行程序设计，主程序结构清晰，模块化管理，方便后期维护与升级。

用户接口方面，设计了LCD1602显示模块和数码管，用于实时显示运行状态和反馈信息，此外，还预留了多个扩展接口，支持未来功能的升级和拓展，如增加摄像头模块实现视觉识别功能。

结合以上设计，便携式智能车实训教学设备特点鲜明，操作简便，极大地提升了学生的动手能力和创新思维，有效地将理论知识与实践操作相结合，推动了智能控制技术的教学改革与发展。该设备的应用不仅限于基础的编程和电路实验，同时促进了团队合作与多学科交叉学习，为学生提供了一个全面发展的平台。

三、单片机系统研制与实现

单片机系统的设计与实现是基于便携式智能车实训教学设备的核心。选用的单片机为STC89C52，主频为11.0592MHz，具有丰富的I/O接口，便于外设连接。系统采用多模块协同设计，主要包含主控模块、驱动模块、传感器模块、通信模块与电源模块。其中，主控模块负责核心算法处理；驱动模块利用L298N电机驱动芯片，实现对直流电机的控制；传感器模块由超声波传感器HC-SR04和光敏电阻组成，用于障碍物检测和光源强度感应。通信模块采用RF模块，频率为433MHz，支持远程数据传输，如图1所示。

在系统设计中，采用中断方式处理传感器输入，确保实时响应。超声波传感器工作原理为利用声波传播时间测距，通过定时器控制触发和接收信号。具体参数设定：超声波发射频率为40kHz，测量距离范围为2-400cm，精度为1cm。光敏电阻输出值通过ADC转换精度设定为10-bit，采样频率为1kHz，实时监测环境光强。

系统工作过程中，主控芯片通过PWM信号控制电机转速，PWM频率设定为500Hz，调节占空比以达到不同速度。在实现障碍物避让功能时，系统根据超声波传感器读取的距离数据，当距离小于30cm时，自动采取后退或转弯措施，确保安全。

系统电源采用锂离子电池，电压为7.4V，通过DC-DC升压转换器输出稳定的5V直流电源，具体功耗测试显示，在待机模式下功耗约50mW，满负载时功耗约350mW，确保便携设备的长时间使用。为了提高系统稳定性，设计了热保护及过压保护电路，确保在极端条件下设备正常工作。

四、结论

经过对基于单片机的便携式智能车实训教学设备的研制，项目取得了一系列重要的技术成果与应用效果。该设备采用STC89C52RC单片机作为核心控制单元，运用C语言进行软件开发，实现了高效的数据处理。控制系统搭载超声波测距模块HC-SR04，精度达到±1cm，实现了0.2-4m的测距范围，保障了智能车在复杂环境下的导航能力。

设备的模块化设计使得后续扩展具备强大灵活性，例如新增环境传感器、摄像头等配件，使其可进一步应用于深度学习、机器视觉等前沿技术的实训项目。教学设计方案已在多个高校的实训课程中成功应用，受到师生的积极反馈，标志着本项目的实用性与经济效益具备充分验证。

参考文献：

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[2] 王敏，王辉，陈金阳，等.基于单片机的智能避障实训车教学设备的研制[J].机电工程技术，2020

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[4] 张梅红.基于“B2X”的智能网联汽车专业教学改革探索[J].汽车实用技术，2023

[5] 詹蕴灵.智能网联汽车环境感知系统虚拟仿真实训教学研究[J].汽车测试报告，2024