基于單片機(jī)系統(tǒng)的無線探月機(jī)器車

高 源，杜欣宇，趙 凱，梁 雪

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院 自動化工程學(xué)院，北京）

0 引言

現(xiàn)在，隨著科技的快速發(fā)展，國內(nèi)外對小型智能系統(tǒng)的引用越來越廣泛，種類也越來越多。本題目就是結(jié)合有關(guān)項目而確定的開發(fā)類課題，所設(shè)計的智能車能融單片機(jī)、RAM、多種傳感器、直流電機(jī)，基于接口電路板，構(gòu)建出融多種控制器于一體的控制系統(tǒng)；再通過軟件編程與系統(tǒng)集成使得系統(tǒng)的各項功能得以實現(xiàn)和保障。

1 總體架構(gòu)設(shè)計

AT89S52 單片機(jī)作為總的控制核心，利用傳感器，在循線信號、檢測障礙物信號等的輸入作用下，控制電機(jī)采取相應(yīng)的動作，從而調(diào)整小車做合適的選擇。同時，將之轉(zhuǎn)化為文字信息，通過LED 顯示。該系統(tǒng)主要由循跡、避障、數(shù)碼顯示、電機(jī)驅(qū)動、電源、單片機(jī)控制等六大模塊組成。如圖1 所示。

2 硬件設(shè)計

2.1 控制器與任務(wù)模塊

如圖2 所示，在本設(shè)計中采用AT89S52 單片機(jī)作為控制核心，它是一種低功耗、高性價比的CMOS8 位微控制器。具有8K 可編程Flash 存儲器，與MCS-51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容，有32 個可編程I/O 接口，八個中斷源，具有低功耗空閑和掉電模式，并且掉電后中斷可喚醒，價格低廉，使用簡便。

單片機(jī)需使用11.0592Mhz 的晶振。硬件連接： LCM數(shù)據(jù)口對應(yīng)接P0 （BD0~BD7-P2.0~P2.7），LCM 控制RSP3.5，RW-P3.6，E-P3.7，I2C 總 線： SDA-P1.4，SCLP1.5。電機(jī)驅(qū)動器L298N 是ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片采用15 腳封裝。它可以驅(qū)動一臺兩相步進(jìn)電機(jī)或四項步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動兩臺直流電機(jī)。主要特點是： 工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。

圖1 總體架構(gòu)設(shè)計圖

圖2 無線探月機(jī)器車樣車圖

采用1 塊充電鋰電池為直流電機(jī)供電，將12V 電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。充電電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然充電電池的體積過于龐大，但由于我們的車體設(shè)計時留出了足夠的空間，并且充電電池的價格比較低。故采用充電鋰電池。底盤作用是支承、安裝小車電機(jī)及其各部件、總成，成形汽車的整體造型，并接受發(fā)動機(jī)的動力，使汽車產(chǎn)生運動，保證正常運動。

任務(wù)板主要有兩個功能，一個是超聲波測距，另一個帶I2C 總線的LM75 測溫。AT89S52 單片機(jī)主要完成功能是超聲波測距，并把數(shù)據(jù)掛到I2C 總線上，程序已下載到單片機(jī)中可以直接接上LCD1602 即可使用。測溫部分采用ST 公司的STLM75 器件，它是一種含9 位ADC、溫度分辨率高達(dá)0.5℃的數(shù)字溫度傳感器，測量范圍-55℃~125℃。它提供兩條線支持I2C 總線協(xié)議的接口來監(jiān)測溫度，并具備自校準(zhǔn)功能。上位機(jī)以隨時要求STLM75 去讀取溫度，當(dāng)溫度超過設(shè)定的溫度時，芯片系統(tǒng)會自動輸出一個超溫報警信號，可用于上位機(jī)的監(jiān)控操作。主機(jī)可以通過程序來控制溫度警報器及溫度，A0、A1、A3 三引腳可以設(shè)定地址，其自帶的I2C 總線，掛在了同一總線上，可以通過ARM2440 開發(fā)板上的I2C功能接到任務(wù)板上I2C 接口上即可對任務(wù)板上超聲波數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)讀回。

2.2 功能模塊

尋跡模塊主要是由紅外發(fā)生接收器探頭來完成的，利用白色與黑色的反光特性的差異，最終達(dá)到尋跡的功能。其工作原理是： 紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線，經(jīng)過路面反射后，光敏管接收紅外線。如果是白紙，紅外線反射后則光敏電阻大幅降低，ST178 輸出端產(chǎn)生一個低電平，經(jīng)電壓比較器LM324 比較后，將低電平信號送至單片機(jī)。若遇到黑線，紅外線不能反射進(jìn)入光敏管，從比較器輸出高腳的輸出電平信號組合來設(shè)定L293D 控制端的高低電平，實現(xiàn)使電機(jī)正反電平送入單片機(jī)。該模塊有八個紅外對管，通過調(diào)節(jié)對應(yīng)對管的電位器來調(diào)節(jié)對管的靈敏度，通過不同的返回值來判斷探月車的所在位置。

如果要直觀了解探測車所獲得的信息，數(shù)碼顯示模塊的應(yīng)用也是重要的一環(huán)。在此模塊中，采用1602 液晶顯示屏，1602 液晶屏是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7 或者5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，由于表達(dá)信息主要表達(dá)形式不需要圖形等復(fù)雜形式，所以1602 可以很好地發(fā)揮在此處的用處。再有，1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16 個字符液晶模塊 （顯示字符和數(shù)字）。

3 編程實現(xiàn)

勘探機(jī)器人的軟件部分主要包括操控軟件設(shè)計。操控軟件是針對勘探機(jī)器人而設(shè)計的上位機(jī)操控軟件，軟件包括了控制部分和顯示界面。上位機(jī)操控軟件以PC為平臺，軟件界面清晰簡易（如圖3 所示）。

圖3 人機(jī)交互界面

編程部分程序如下：

4 結(jié)束語

此方案選擇的器件比較簡單，實際中也很容易實現(xiàn)。經(jīng)過多次測試，結(jié)果表明在一定的弧度范圍內(nèi)，小車能夠沿著黑線軌跡行進(jìn)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。勘探機(jī)器人的開發(fā)，使得一些危險、人類無法正常完成的活動得以實現(xiàn)，提高了工作效率的同時，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度也得到了提高。

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