基于STC89C52RC的智能小車(chē)設(shè)計(jì)

陶玉貴，章 杰 （蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，安徽 蕪湖 241003）

汪金寶 （安徽師范大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，安徽 蕪湖 241003）

智能小車(chē)既可以進(jìn)行無(wú)線控制執(zhí)行命令，也可以在設(shè)定的環(huán)境中自動(dòng)循跡和避障，是一種綜合了控制策略和障礙物探測(cè)于一體的智能系統(tǒng)[1]。下面，筆者設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52RC的智能小車(chē)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能小車(chē)分為車(chē)體和遙控器2個(gè)部分 （見(jiàn)圖1）。主控制器主要由單片機(jī)STC89C52RC、振蕩器和復(fù)位電路組成。車(chē)體部分以STC89C52RC單片機(jī)為主控，其工作流程如下：無(wú)線收發(fā)模塊接收遙控器發(fā)出的信號(hào)，送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)解碼后，控制相應(yīng)的模塊電路；遙控器部分也是以STC89C52RC為主控，其工作流程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)查詢(xún)方式檢測(cè)各個(gè)按鍵是否按下，若按下，則單片機(jī)在按鍵的上升沿或下降沿控制無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)出相應(yīng)的遙控?cái)?shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖1 無(wú)線遙控智能小車(chē)原理框圖

2.1 單片機(jī)STC89C52RC

單片機(jī)選用超低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、低電磁輻射和超低價(jià)的8位單片機(jī)STC89C52RC[2]。該單片機(jī)與8051單片機(jī)兼容，正常工作模式下典型功耗為4～7mA，內(nèi)置8K的Flash程序存儲(chǔ)器、512B的RAM和2K的E2PROM，內(nèi)部有3個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，可進(jìn)行8、13、16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)。寬工作電壓 （3.4～6V），內(nèi)部看門(mén)狗電路打開(kāi)后無(wú)法關(guān)閉，可省去外部看門(mén)狗，支持匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編程。

將單片機(jī)片選引腳 （31腳）接高電平，使單片機(jī)只訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由1個(gè)12MHz的晶振和2個(gè)30pF的小電容組成，它們決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為1ms。復(fù)位電路用10μF的電容、10kΩ的電阻和1個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)上電復(fù)位以及通過(guò)復(fù)位按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。單片機(jī)控制模塊最小系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖

2.2 無(wú)線收發(fā)模塊

無(wú)線收發(fā)模塊采用Nordic公司的微功率nRF24L01芯片，最高工作速率達(dá)2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，125頻道滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要，內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制，低功耗1.9～3.6V工作，待機(jī)模式下?tīng)顟B(tài)為22μA；掉電模式下為900nA，體積小巧 （31mm×17mm），具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，極大地降低了丟包率。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

采用L293D模塊控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，L293D內(nèi)部集成2個(gè)了雙極型H-橋電路，可以同時(shí)控制2個(gè)電機(jī)[3]。這種雙極型脈沖調(diào)寬方式具有電流連續(xù)、電機(jī)可四角限運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。L293D通過(guò)內(nèi)部邏輯生成使能信號(hào)。H-橋電路的輸入量可以用來(lái)設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使能信號(hào)可以用于脈寬調(diào)整 （PWM）。每個(gè)電機(jī)需要3個(gè)控制信號(hào)EN12、IN1和IN2，其中EN12是使能信號(hào)，IN1、IN2為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制信號(hào)。IN1、IN2分別為1、0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。選用一路PWM連接EN12引腳，通過(guò)調(diào)整PWM的占空比可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路如圖3所示。

L293D工作電壓5V，驅(qū)動(dòng)電壓輸入可達(dá)36V，輸出電流正負(fù)600mA。2塊L293D可同時(shí)驅(qū)動(dòng)四路直流電機(jī)。動(dòng)力部分采用TT直流減速電機(jī)，其扭矩大，電磁干擾小。

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路圖

2.4 避障模塊

避障電路采用光電傳感器，利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射檢測(cè)有無(wú)障礙物[4]。采用型號(hào)為E18-D80NK的NPN常開(kāi)型反射式光電傳感器，其主要技術(shù)參數(shù)如下：工作電壓5V，工作電流10～25mA，響應(yīng)時(shí)間小于2ms，指向角小于等于15°，有效距離為3～80cm可調(diào)，工作環(huán)境溫度為－25～70℃。該傳感器為開(kāi)關(guān)量傳感器，輸出為1、0開(kāi)關(guān)量信號(hào)。紅線接5V電源，綠線接地，黃線為信號(hào)輸出端，外接4.7kΩ上拉電阻接至單片機(jī)的INTl端。當(dāng)無(wú)障礙物時(shí)輸出為高電平，遇障礙物時(shí)輸出低電平而觸發(fā)中斷，單片機(jī)發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)做出相應(yīng)避障動(dòng)作。

2.5 循跡模塊

循跡模塊采用型號(hào)為HLSD-2010B的3個(gè)激光傳感器[5]，分別置于小車(chē)底部的左、中、右方，通過(guò)P2.5、P2.6、P2.7控制。HLSD-2010B激光傳感器的工作電壓為5V，最大工作電流30mA，最遠(yuǎn)距離達(dá)50cm，信號(hào)輸出方式為直接電平輸出。單片機(jī)通過(guò)3個(gè)傳感器的輸出來(lái)確定小車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，從而執(zhí)行不同的動(dòng)作。HLSD-2010B傳感器檢測(cè)狀態(tài)表如表1所示。

表1 激光傳感器檢測(cè)狀態(tài)表

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

采用模塊化設(shè)計(jì)方法，在Keil uVersion3環(huán)境下采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序[6]。相關(guān)程序主要包括主程序、鍵盤(pán)掃描程序、遙控控制程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、避障控制程序等。

在主程序運(yùn)行時(shí)，首先要對(duì)STC單片機(jī)定時(shí)器進(jìn)行初始化，初始化程序如下：

系統(tǒng)軟件總流程圖如圖4所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

利用8位單片機(jī)STC89C52RC STC單片機(jī)高速、高可靠性、低功耗等特性，設(shè)計(jì)了集成化的遙控電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、避障電路和燈光控制電路等模塊，智能小車(chē)選用2組7.2V Ni-Mh充電電池組，采用2個(gè)由LM2596芯片構(gòu)成的DC-DC穩(wěn)壓模塊分別給各模塊電路和直流電機(jī)供電。在無(wú)障礙情況下遙控距離大于1000m，在前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、變速等控制動(dòng)作時(shí)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，前照燈、轉(zhuǎn)向燈、雙閃、剎車(chē)燈、警示燈、喇叭、倒車(chē)?yán)走_(dá)等功能非常靈敏。整體設(shè)計(jì)思想新穎，操作簡(jiǎn)便，功能齊全，具有一定實(shí)用價(jià)值。

圖4 智能小車(chē)軟件流程圖

[1]陳暉，張軍國(guó)，李默涵，等 .基于STC89C52和nRF24L01的智能小車(chē)設(shè)計(jì) [J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，35（17）：12-15.

[2]王凱，胡杰 .無(wú)線射頻在智能公交系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào) （自科版），2010，7 （3）：616-618.

[3]周君芝 .基于NFR905的智能小車(chē)控制教學(xué)案例淺析 [J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào) （自科版），2010，7 （3）：402-403.

[4]雯雯 .基于多種傳感器的自動(dòng)導(dǎo)航小車(chē)避障的研究 [D].西安：西安科技大學(xué)，2008.

[5]董濤，劉進(jìn)英，蔣蘇 .基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與制作 [J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009，17（2）：380-382.

[6]馬忠梅 .單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) [M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007.