基于STC89C52單片機(jī)智能避障小車設(shè)計(jì)

黑龍江 姬紅旭

基于STC89C52單片機(jī)智能避障小車設(shè)計(jì)

黑龍江 姬紅旭

本文設(shè)計(jì)智能避障小車基于STC89C52單片機(jī)作為小車的避障、遙控、顯示的核心，通過四對紅外發(fā)射和接收模塊對前方的障礙物距離進(jìn)行檢測,從而把反饋的信號送給單片機(jī),由單片機(jī)進(jìn)行分析處理對小車進(jìn)行自動(dòng)控制躲避障礙物行走。顯示部分分為液晶顯示和LED點(diǎn)陣顯示，是由一塊8x8LED點(diǎn)陣屏進(jìn)行顯示，漢字采用專門的取模軟件進(jìn)行漢字編碼，然后通過軟件經(jīng)動(dòng)態(tài)掃描顯示出來，使小車有一種動(dòng)態(tài)的活力感。液晶主要顯示當(dāng)前所處環(huán)境的溫度和當(dāng)時(shí)的時(shí)間，時(shí)間可以由按鍵進(jìn)行設(shè)置，遙控部分主要是為了人為的對小車進(jìn)行干預(yù)，使小車能根據(jù)個(gè)人喜好設(shè)置行走路線，獲得人機(jī)溝通的樂趣。

單片機(jī)；8x8點(diǎn)陣屏；遙控；智能

一、智能避障小車實(shí)現(xiàn)功能

（一）小車能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)躲避在車前方的障礙物，達(dá)到智能的效果。

（二）時(shí)間和溫度顯示功能：液晶顯示的前六位顯示時(shí)分秒，后兩位顯示當(dāng)前的溫度，時(shí)間具有可調(diào)功能。

（三）遙控功能：遙控器可以遙控小車，人為干預(yù)小車的行走路線，實(shí)現(xiàn)人性化的設(shè)計(jì)。

（四）小車還有自動(dòng)走舞步的功能，增加了很多的樂趣。

（五）點(diǎn)陣的顯示功能，可以顯示歡迎詞，8x8 LED點(diǎn)陣顯示屏顯示歡迎詞，其屬于高亮度的顯示屏。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

（一）主控電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)：小車的主要控制核心是一塊STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)中有一個(gè)8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)為256個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)。中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有四種工作方式串行口，1個(gè)全雙工的串行口。可用來進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。特殊功能寄存器共有21個(gè)，用于對片內(nèi)的各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。

下圖是單片機(jī)的最小系統(tǒng)也是單片機(jī)能夠正常運(yùn)行并完成各種性能要求的經(jīng)典電路。

圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

（二）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

小車本身采用的是市面上銷售的遙控玩具小車，主要有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。一個(gè)是動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分，主要有電動(dòng)機(jī)和減齒輪，方向舵也是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)前輪進(jìn)行拐彎。為了讓單片機(jī)能夠更好更安全更方便驅(qū)動(dòng)和控制小車底盤中的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，我采用專門的驅(qū)動(dòng)芯片L298N輸出的兩路驅(qū)動(dòng)OUT,1OUT2J接動(dòng)力部分的電動(dòng)機(jī)MG1，OUT3OUT4接轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)MG2，驅(qū)動(dòng)芯片和單片機(jī)的接口也采用了抗干擾光電隔離技術(shù)，極大地減少了因?yàn)橥獠侩姶挪▽π≤囘\(yùn)行的干擾，這使小車更好的按照程序來運(yùn)行整體電路圖。如圖所示：

圖2 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

（三）避障電路設(shè)計(jì)

本避障電路的設(shè)計(jì)是采用紅外對管元件對小車前的障礙物進(jìn)行檢測，紅外線對管傳感器分別放置在小車前方，水平互成600角，這樣就可以把發(fā)射的紅外線排布在小車的前方任何范圍，提高小車反應(yīng)及增強(qiáng)避障的能力。當(dāng)四個(gè)中的一個(gè)或多個(gè)（障礙物較大）接收部分的傳感器，就能根據(jù)反射回來的紅外線進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整，從而使小車的運(yùn)行軌跡達(dá)到自動(dòng)避障的目的。下圖是傳感器的驅(qū)動(dòng)及接受電路，其中偵測前方障礙的距離，可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，經(jīng)比較處理后，將對應(yīng)的電壓輸出給紅外發(fā)射管，達(dá)到調(diào)節(jié)距離的目的。

圖3 避障電路設(shè)計(jì)

（四）LED點(diǎn)陣電路設(shè)計(jì)

點(diǎn)陣電路的設(shè)計(jì)是本小車的一個(gè)創(chuàng)新之一，點(diǎn)陣屏為小車增添了不少的新奇和樂趣。同時(shí)此屏可以通過電腦隨時(shí)編寫各種歡迎詞語下載到小車上，讓小車有自己獨(dú)特的個(gè)性。LED點(diǎn)陣顯示屏采用市面上銷售的8x8點(diǎn)陣模塊，要想顯示字符或者漢字，那么就要點(diǎn)陣屏進(jìn)行動(dòng)態(tài)的掃描，而掃描的過程就是讓單片機(jī)在一定的時(shí)間里通過74HC595擴(kuò)展的I/O口輸出低電平來驅(qū)動(dòng)8x8點(diǎn)陣顯示屏，并根據(jù)程序的要求進(jìn)行點(diǎn)亮，根據(jù)人眼的視覺暫留現(xiàn)象形成一個(gè)靜態(tài)的字符或者是文字，使我要想表的思想通過顯示屏展現(xiàn)出來。點(diǎn)陣屏是由發(fā)光的二極管以矩陣的形式接在一起的，互相獨(dú)立，互不干擾。于是，要想點(diǎn)亮屏幕，驅(qū)動(dòng)的電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力。這就對單片機(jī)的I/O提出了更高的要求。因此，對于陰極的驅(qū)動(dòng)，我用了一個(gè)串轉(zhuǎn)并的芯片74hc595，陽極用的是74ls373芯片，是以總線形式來驅(qū)動(dòng)的，下面是顯示屏電路的設(shè)計(jì)及芯片資料：

圖4 點(diǎn)陣顯示電路設(shè)計(jì)

（五）溫度電路設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)測量的溫度與常溫相像，對于傳感器的測量范圍沒有太多的要求。所以考慮用總線的溫度傳感器DS18B20，它體積小，總線少，接口方便。為此我采用了如下的設(shè)計(jì)方法，在數(shù)據(jù)線上加了一個(gè)上拉電阻，常用的是4K7，電路如下：

圖5 溫度接口

（六）遙控電路設(shè)計(jì)

遙控電路設(shè)計(jì)是采用專門的解碼和編碼芯片，電路元件少，連接方便，穩(wěn)定性能好。發(fā)射電路采用的是PT2262芯片，設(shè)計(jì)成四個(gè)按鍵，分別是A、B、C、D，單獨(dú)按A是前進(jìn)，單獨(dú)按B是后退，單獨(dú)按C是左拐，單獨(dú)按D是右拐，同時(shí)按下ABC小車能夠自動(dòng)走舞，接受電路用的PT2272經(jīng)過解碼讀出鍵值變成低電平送給單片機(jī)，由單片機(jī)處理，讓小車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的功能。

PT2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價(jià)位通用編解碼電路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空、接高電平、接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳。通常在使用中，我們一般采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時(shí)編碼電路PT2262和解碼PT2272的第1～8腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接電源正極、接地三種狀態(tài)，3的8次方為6561，所以地址編碼不重復(fù)度為6561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用。遙控模塊的生產(chǎn)廠家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時(shí)遙控模塊的PT2262和PT2272的八位地址編碼端要全部懸空，這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將PT2262和PT2272的1～8腳設(shè)置相同即可。例如，將發(fā)射機(jī)的PT2262的第1腳接地，第5腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機(jī)的PT2272只要也第1腳接地，第5腳接正電源，其它引腳懸空就能實(shí)現(xiàn)配對接收。當(dāng)兩者地址編碼完全一致時(shí)，接收機(jī)對應(yīng)的D1～D4端輸出約4V互鎖高電平控制信號，同時(shí)VT端也輸出解碼有效高電平信號。用戶可將這些信號加一級放大，便可驅(qū)動(dòng)繼電器、功率三極管等進(jìn)行負(fù)載遙控開關(guān)操縱。

在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)送一幀的時(shí)間越長。一般用2262/1.2M/2272/200K組合的，少量產(chǎn)品用2262/4.7M/2272/820K。

PT2272解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)改變。M表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時(shí)的，而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng)，可以用于類似點(diǎn)動(dòng)的控制。為了方便程序的下載和小車的調(diào)試，特意設(shè)計(jì)了串口下載電路。此電路和電腦連接非常方便，不需要總是插拔芯片，避免了因?yàn)槎啻蔚牟灏螌?dǎo)致芯片的引腳變形，另外，也為做二次開發(fā)做了準(zhǔn)備，一舉多得。

三、主程序設(shè)計(jì)及流程

（一）程序流程圖

（二）主驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)中最難也是最重要的是通過程序把字符液晶和溫度傳感器驅(qū)動(dòng)起來,為了減少單片機(jī)的I/O端口，液晶屏的驅(qū)動(dòng)是串口。雖然元件少了，方便了焊接，但是軟件上卻增加了很多的程序。筆者設(shè)計(jì)小車實(shí)現(xiàn)的各種功能是通過把各部分的程序分塊來處理，經(jīng)過編寫調(diào)試運(yùn)行通過后，再把各塊程序再融合到一個(gè)主要程序。

（編輯 劉麗娜）

（作者單位：齊齊哈爾工程學(xué)院）