基于單片機的無線遙控智能小車的設計與制作

李建成 王功喆 劉春瑞

（濰坊科技學院，山東 濰坊262700）

無線遙控小車的研發雖然起始于上世紀，但是其發展應用速度極快，已經在反恐、防爆、防核及防污染等技術上得到應用，其顯著的特點為體積小、成本低，同時具有一定的應對惡劣環境的能力。本文設計與制作的智能小車是基于單片機原理的無線遙控智能小車，設計體現的主要為其智能性，可在1.5km 范圍內通過無線遙控器指揮其前進和后退，主要應用在火災現場勘探、交通事故勘測以及危險氣體現場檢測上。

1 無線遙控智能小車系統組成

本文設計的無線智能遙控小車組成系統分為兩部分，即手持設備與車體。手持部分主要是遙控裝置，包含了單片機模塊、供電電路、顯示模塊、晶振電路、復位電路等，其系統的工作流程如下圖1 所示：

圖1 手持設備設計流程圖

車體部分主要由無線管理模塊、整體信息顯示模塊、測距管制模塊、直流電動驅動模塊以及小車障礙物檢測模塊組成，系統的工作流程如下圖2 所示：

圖2 車體設備設計流程圖

2 基于單片機的智能小車系統架構原理

2.1 智能系統采用無線管理模式

無線智能模式是提高智能小車運動性的前提，在設計與制作中，優化了各個疏導節點，比如采用了雙工交流模式與APC220 模塊對智能系統進行了優化，從而讓指令與協調坐標的制作更加靈活和簡單。利用智能無線管理的模式，可以實現在固定波特率空間內對小車發送的無線數據進行傳輸，而且過渡交接的質量比較穩固，小車整個運動過程耗電量水平較低。很多無線管理系統內部存在數據積累嚴重的弊端，為了可以解決該類問題，可以在終端設置疏通流程中對小車進行100 字節的間隔調試，為了保證小車運動的靈活性，頻率不得低于360ms。當小車系統需要發送數據的時候，直接將數據傳輸給SNUF 寄存器，無線模塊APC220 引腳P30 位置則接收數據，實現APC 的自動發送，接收端同樣的將接受到的數據從引腳P31位置輸入給單片機，程序通過SBUF 寄存器讀取相應的數據。

2.2 整體信息顯示模塊

設置整體信息顯示模塊，可以避免數據源產生偏差，實現整機運行的高效性。在模塊設計中，可以將小車中的液晶顯示接口與驅動媒介進行協調，對現場的各種管制數據進行近端和遠端的直接測量。為了保證單片機的工作效率，可以將設備引腳位置與單片機實現精密連接，在電平脈沖搭配上，單片機也可以與另一復位模式引腳進行配合，這樣就能保證小車運行整體信息的顯示。在整體的復位操控過程中，要按照設置的模組進行10ms 的電平灌輸，并對模組的功能進行重組，保證小車現場串行接口輸入質量的效力，減少數據源的偏差。本設計利用MzLH03-12864 的串行接口搭配媒介資源，小車機理運行的最高時頻效率整體維持在了4.4MHz 范圍之下，整體性能較高。該模塊的外圍電路原理圖如下圖3 所示。

圖3 整體信息顯示模塊外圍電路圖

2.3 利用超聲格式設置測距管制單位

小車實際物理距離計算是智能系統的設計主要內容，本設計主要采用的模塊系統是DYP-ME007 模塊，可以實現小車運動過程中對各個障礙點的距離測試和計算，而測量的物理手段是采用超聲波的形式，對目標聲源的空間進行全部覆蓋測量。

2.4 直流電動驅動模塊

直流電動驅動是本設計智能小車的驅動系統。在具體的操控中，技術人員可執行特定的電機管制任務，將小車內的主控芯片與思路輸出節點進行匹配，為了保證運行的暢通性，可以聯合8 個二極管對小車進行續流渠道的保護。在該種驅動模塊下，任何形式的二進制編碼過程可讓電機處在不同的工作狀態下，結合濾波處理相關技術可實現空間的調停，有助于完善現場工序搭接的穩定性。該模塊的外圍電路原理圖如圖4 所示。

圖4 直流電動驅動模塊外圍電路圖

2.5 電子指南針模塊

在設置后坐標自動讓小車運行時，可以每隔一定的時間讓指南針去修正超聲波傳感器的位置，這樣就能用超聲波傳感器測量定位小車的位置，及時將數據回傳給單片機。電子指南針模塊采用的是GY-26，屬于低成本平面數字羅盤，其優勢是輸入電壓低、功效較小。工作原理為：利用磁傳感器中的兩個相互垂直軸同時感應地球磁場的磁分量，從而得出方位的具體角度，該指南針模塊采用RS 協議和IIC 協議與其它設備實現通信。將該電子指南針模塊用于小車主體中，不僅具有標定位置的功能，而且能夠在任何位置找到合適的方位角，輸出的波特率為9600bps，可以連續輸出，也可以詢問輸出，同時也具備了磁偏角補償功能，可以滿足小車不同的工作環境。

2.6 小車障礙物檢測模塊

本模塊主要是利用反射式光耦對現場空間進行改造。檢測模塊采用了LM324 電壓比較設備，在疏導的過程中，當三腳位置電平超過二腳位置的電平數量時，那么單片機就會自動在二腳位置輸出高電平，相反則是輸出穩固的低電平。在設置電平的取值范圍時，要結合LM324 兩腳電平數值對單片機設置的數據進行科學的檢定，為了保證檢定的準確性，可將電位器與后續節點的兩腳電壓統一設置為3V。在避障電路的設置中，主要集中在小車前部左右的兩端，這樣做可以將小車四周的障礙物進行全面的檢測。該模塊具體的工作原理為：運行中未出現障礙物時，不激發紅外線反射功能，光敏三極管也起到截止作用，LM324 的3 腳在R16 的作用下會出現上拉效應，使得高電平（5V）高于2 腳電壓（3V），及時的將高電平輸出。如果小車在運行中遇到障礙物，這個時候紅外線就會產生發射作用，光敏三極管實現導通，這個時候進行3 腳接地質量檢測，將會小于2 腳電壓（3V），從而輸出低電平。因此，該模塊主要是利用單片機根據電平的變化來判斷小車周邊有無障礙物，左右兩邊遇到障礙物時，小車都會向相反的方向轉向，從而保證運行的安全性。

3 對小車運行進行協調管制程序設計

在小車整體程序設計中，主要包含了手持裝備和運動機械兩種工序。單片機可以利用無線連接媒介對電化初始數據進行顯示處理，同時利用此種功能穩固串行接口，之后則是聯合主動管制軟體對按鍵功能進行循環的監測，保證手持設備運行的持續性。在這里需要特別提醒的是，若是再調試流程中對按鍵部分的功能進行激發，那么有關串行口的數據就會得到重新的調用，將小車運行的數據直接的整合，將其顯示在計算機終端上。單片機經過了電化工藝的調整后，其特定的無線模塊與超聲波裝置會跟隨串行接口調試基準進行遠程的信息管理，使小車前進與后退動作順利的執行。單片機對數據進行整合之后會與無線終端進行溝通，等到小車的整體操控性達到要求時，小車繼續前進或者后退。

4 對測試結構進行綜合分析

4.1 應用到的測試媒介

對小車進行功能性測試，用到的歸控工具包括：刻度尺、秒表、卷尺等。

4.2 測試方法

為了保證測試過程的準確性，該流程測試方法的運用包括：一是，當小車運行在空曠的區域時，可以開啟控制電源，利用無線手持設備對小車進行控制，一直達到小車定位信號響應為止。二是，將小車放在130cm×130cm 面積大小的平整木板上，在木板中間設置X 軸和Y 軸，設置好坐標后，讓小車自動運行到該位置上，利用這種方法檢定終點位置上小車精確管控的效果。

4.3 測試結果和結論

經過多次的反復測試，無線遙控器可以在1.5km 內對小車進行操控，小車運行狀態良好，未發生碰撞和路線偏移情況，在遇到障礙物是能夠及時左右掉頭，在既定區域坐標檢定范圍與顯示媒介的交流輔助下，無線遙感裝置能夠非常方便的穩定消除行駛路線，操作誤差在可控的范圍之內。

結束語

綜上所述，智能機器人在各領域應用的逐漸增多，提高了生產生活效率。隨著智能化技術的發展，無線遙控智能小車在反恐、防爆以及防污染等領域應用越來越多，滿足了多樣化的需求。通過設計相關的小車運行模塊和反復的測試，無線遙控小車在1.5mk 內運行情況較好，手持遙控器在給定坐標之后，小車能夠快速的找到目標地并到達指定的地點，定點的誤差同樣較小。此外，通過設置障礙物檢測模塊，小車可以完成行駛、反饋和尋找目標的多種功能，定位和防撞效果非常好，最終實現了在多種環境下的高效運行的目標。