基于单片机系统的无线探月机器车

高 源，杜欣宇，赵 凯，梁 雪

（北京电子科技职业学院 自动化工程学院，北京）

0 引言

现在，随着科技的快速发展，国内外对小型智能系统的引用越来越广泛，种类也越来越多。本题目就是结合有关项目而确定的开发类课题，所设计的智能车能融单片机、RAM、多种传感器、直流电机，基于接口电路板，构建出融多种控制器于一体的控制系统；再通过软件编程与系统集成使得系统的各项功能得以实现和保障。

1 总体架构设计

AT89S52 单片机作为总的控制核心，利用传感器，在循线信号、检测障碍物信号等的输入作用下，控制电机采取相应的动作，从而调整小车做合适的选择。同时，将之转化为文字信息，通过LED 显示。该系统主要由循迹、避障、数码显示、电机驱动、电源、单片机控制等六大模块组成。如图1 所示。

2 硬件设计

2.1 控制器与任务模块

如图2 所示，在本设计中采用AT89S52 单片机作为控制核心，它是一种低功耗、高性价比的CMOS8 位微控制器。具有8K 可编程Flash 存储器，与MCS-51 单片机产品兼容，有32 个可编程I/O 接口，八个中断源，具有低功耗空闲和掉电模式，并且掉电后中断可唤醒，价格低廉，使用简便。

单片机需使用11.0592Mhz 的晶振。硬件连接： LCM数据口对应接P0 （BD0~BD7-P2.0~P2.7），LCM 控制RSP3.5，RW-P3.6，E-P3.7，I2C 总 线： SDA-P1.4，SCLP1.5。电机驱动器L298N 是ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15 脚封装。它可以驱动一台两相步进电机或四项步进电机，也可以驱动两台直流电机。主要特点是： 工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。

图1 总体架构设计图

图2 无线探月机器车样车图

采用1 块充电锂电池为直流电机供电，将12V 电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。充电电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。虽然充电电池的体积过于庞大，但由于我们的车体设计时留出了足够的空间，并且充电电池的价格比较低。故采用充电锂电池。底盘作用是支承、安装小车电机及其各部件、总成，成形汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常运动。

任务板主要有两个功能，一个是超声波测距，另一个带I2C 总线的LM75 测温。AT89S52 单片机主要完成功能是超声波测距，并把数据挂到I2C 总线上，程序已下载到单片机中可以直接接上LCD1602 即可使用。测温部分采用ST 公司的STLM75 器件，它是一种含9 位ADC、温度分辨率高达0.5℃的数字温度传感器，测量范围-55℃~125℃。它提供两条线支持I2C 总线协议的接口来监测温度，并具备自校准功能。上位机以随时要求STLM75 去读取温度，当温度超过设定的温度时，芯片系统会自动输出一个超温报警信号，可用于上位机的监控操作。主机可以通过程序来控制温度警报器及温度，A0、A1、A3 三引脚可以设定地址，其自带的I2C 总线，挂在了同一总线上，可以通过ARM2440 开发板上的I2C功能接到任务板上I2C 接口上即可对任务板上超声波数据和温度数据读回。

2.2 功能模块

寻迹模块主要是由红外发生接收器探头来完成的，利用白色与黑色的反光特性的差异，最终达到寻迹的功能。其工作原理是： 红外发光二极管发射红外线，经过路面反射后，光敏管接收红外线。如果是白纸，红外线反射后则光敏电阻大幅降低，ST178 输出端产生一个低电平，经电压比较器LM324 比较后，将低电平信号送至单片机。若遇到黑线，红外线不能反射进入光敏管，从比较器输出高脚的输出电平信号组合来设定L293D 控制端的高低电平，实现使电机正反电平送入单片机。该模块有八个红外对管，通过调节对应对管的电位器来调节对管的灵敏度，通过不同的返回值来判断探月车的所在位置。

如果要直观了解探测车所获得的信息，数码显示模块的应用也是重要的一环。在此模块中，采用1602 液晶显示屏，1602 液晶屏是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7 或者5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，由于表达信息主要表达形式不需要图形等复杂形式，所以1602 可以很好地发挥在此处的用处。再有，1602LCD 是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16 个字符液晶模块 （显示字符和数字）。

3 编程实现

勘探机器人的软件部分主要包括操控软件设计。操控软件是针对勘探机器人而设计的上位机操控软件，软件包括了控制部分和显示界面。上位机操控软件以PC为平台，软件界面清晰简易（如图3 所示）。

图3 人机交互界面

编程部分程序如下：

4 结束语

此方案选择的器件比较简单，实际中也很容易实现。经过多次测试，结果表明在一定的弧度范围内，小车能够沿着黑线轨迹行进，达到了预期目标。勘探机器人的开发，使得一些危险、人类无法正常完成的活动得以实现，提高了工作效率的同时，稳定性和准确度也得到了提高。

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