高 源，杜欣宇，趙 凱，梁 雪

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院 自動(dòng)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(guó)內(nèi)外對(duì)小型智能系統(tǒng)的引用越來(lái)越廣泛，種類也越來(lái)越多。本題目就是結(jié)合有關(guān)項(xiàng)目而確定的開(kāi)發(fā)類課題，所設(shè)計(jì)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(guò)軟件編程與系統(tǒng)集成使得系統(tǒng)的各項(xiàng)功能得以實(shí)現(xiàn)和保障。

1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

AT89S52 單片機(jī)作為總的控制核心，利用傳感器，在循線信號(hào)、檢測(cè)障礙物信號(hào)等的輸入作用下，控制電機(jī)采取相應(yīng)的動(dòng)作，從而調(diào)整小車做合適的選擇。同時(shí)，將之轉(zhuǎn)化為文字信息，通過(guò)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(dòng)、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(jì)

2.1 控制器與任務(wù)模塊

如圖2 所示，在本設(shè)計(jì)中采用AT89S52 單片機(jī)作為控制核心，它是一種低功耗、高性價(jià)比的CMOS8 位微控制器。具有8K 可編程Flash 存儲(chǔ)器，與MCS-51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容，有32 個(gè)可編程I/O 接口，八個(gè)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(jià)格低廉，使用簡(jiǎn)便。

單片機(jī)需使用11.0592Mhz 的晶振。硬件連接： LCM數(shù)據(jù)口對(duì)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(dòng)器L298N 是ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15 腳封裝。它可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。主要特點(diǎn)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(jì)圖

圖2 無(wú)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(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然充電電池的體積過(guò)于龐大，但由于我們的車體設(shè)計(jì)時(shí)留出了足夠的空間，并且充電電池的價(jià)格比較低。故采用充電鋰電池。底盤(pán)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，保證正常運(yùn)動(dòng)。

任務(wù)板主要有兩個(gè)功能，一個(gè)是超聲波測(cè)距，另一個(gè)帶I2C 總線的LM75 測(cè)溫。AT89S52 單片機(jī)主要完成功能是超聲波測(cè)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(cè)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(cè)量范圍-55℃~125℃。它提供兩條線支持I2C 總線協(xié)議的接口來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，并具備自校準(zhǔn)功能。上位機(jī)以隨時(shí)要求STLM75 去讀取溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的溫度時(shí)，芯片系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)輸出一個(gè)超溫報(bào)警信號(hào)，可用于上位機(jī)的監(jiān)控操作。主機(jī)可以通過(guò)程序來(lái)控制溫度警報(bào)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(guò)ARM2440 開(kāi)發(fā)板上的I2C功能接到任務(wù)板上I2C 接口上即可對(duì)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(lái)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(guò)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(gè)低電平，經(jīng)電壓比較器LM324 比較后，將低電平信號(hào)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(hào)組合來(lái)設(shè)定L293D 控制端的高低電平，實(shí)現(xiàn)使電機(jī)正反電平送入單片機(jī)。該模塊有八個(gè)紅外對(duì)管，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)對(duì)管的電位器來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)管的靈敏度，通過(guò)不同的返回值來(lái)判斷探月車的所在位置。

如果要直觀了解探測(cè)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(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7 或者5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)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(gè)字符液晶模塊 （顯示字符和數(shù)字）。

3 編程實(shí)現(xiàn)

勘探機(jī)器人的軟件部分主要包括操控軟件設(shè)計(jì)。操控軟件是針對(duì)勘探機(jī)器人而設(shè)計(jì)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(tái)，軟件界面清晰簡(jiǎn)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(yǔ)

此方案選擇的器件比較簡(jiǎn)單，實(shí)際中也很容易實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)多次測(cè)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)?？碧綑C(jī)器人的開(kāi)發(fā)，使得一些危險(xiǎn)、人類無(wú)法正常完成的活動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)，提高了工作效率的同時(shí)，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度也得到了提高。

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