基于STC系列單片機系統(tǒng)越野模擬車

摘 要：模擬越野車是通過STC系列單片機控制的一種自動式車，要求實現(xiàn)小車的前進與倒退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、避免撞到障礙物三大功能。越野模擬車是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，隨著計算機科學的發(fā)展，可以通過單片機控制來實現(xiàn)對其行駛方向、啟動、停止以及速度的控制，無需人工干涉，操作人員可以通過修改模擬越野車的控制程序來改變它的行駛方式。因此模擬越野車可以解決一些特殊環(huán)境下人力無法完成的任務。

關鍵詞：傳感器；180舵機；直流微電機；STC12C5A60S2單片機

1 系統(tǒng)總體設計方案

基于STC系列單片機系統(tǒng)共包括四大模塊：控制處理芯片STC12C5A60S2模塊、轉(zhuǎn)向舵機模塊、驅(qū)動電機模塊和測距模塊。其中STC12C5A60S2單片機是系統(tǒng)的核心部分。它負責接收障礙物距離信息，并對這些信息進行恰當?shù)奶幚恚纬珊线m的控制量來對舵機和電機進行控制，轉(zhuǎn)向舵機模塊控制前輪的左右轉(zhuǎn)動，以起到蔽障左右，驅(qū)動電機模塊使得單片機控制下穩(wěn)定走動，測距模塊檢測到周圍環(huán)境的距離，接收到數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機處理和來自單片機的數(shù)據(jù)發(fā)射到環(huán)境。

2 系統(tǒng)的硬件設計

2.1 測距超聲波的選取

超聲波傳感器是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。US-100超聲波測距模塊可實現(xiàn)0～4.5m的非接觸測距功能，擁有2.4～5.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距結(jié)果進行校正，同時具有GPIO，等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。US 100超聲波原理圖如圖一所示。

2.2 單片機的選取

STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對電機控制，強干擾場合。

2.3 舵機的選取

舵機的工作原理：控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制電機轉(zhuǎn)動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機的轉(zhuǎn)動方向和速度，從而達到目標停止。

舵機的控制：舵機的控制信號為周期是20ms的脈寬調(diào)制（PWM）信號，其中脈沖寬度從0.5ms-2.5ms，相對應舵盤的位置為0-180度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持在一個相對應的角度上，無論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信號，它才會改變輸出角度到新的對應的位置上。舵機內(nèi)部有一個基準電路，產(chǎn)生周期20ms，寬度1.5ms的基準信號，有一個比較器，將外加信號與基準信號相比較，判斷出方向和大小，從而產(chǎn)生電機的轉(zhuǎn)動信號。舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms～2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。

2.4 直流微電機的選取

當直流微電機工作時，電源通過電刷將直流電壓引入電樞換向器。換向器在電機旋轉(zhuǎn)過程中，將外加直流電壓和電流轉(zhuǎn)換成線圈內(nèi)部的交流電勢和電流。這時將在供電電流回路中產(chǎn)生明顯的脈動分量。

3 總結(jié)

日新月異的科學技術(shù)給智能汽車帶來了更加光明的發(fā)展前景，使得車輛利用傳感器結(jié)合環(huán)境信息做出最優(yōu)控制策略，實現(xiàn)車輛自動行駛。本文介紹了基于STC系列單片機系統(tǒng)越野模擬車技術(shù)，硬件電路的設計及軟件的控制方案。經(jīng)過實際測試，可實現(xiàn)自動避障和越野的功能。解決了越野車發(fā)生撞擊的功能，使得車的功能增加。

[參考文獻]

[1]劉晉，王政林，薛凱方.基于STC12C5A60S2單片機的LED顯示屏硬件設計[J].微型機與應用，2011，30（22）：1674-7720.9.

[2]陳雅文.直流微電機測速新方法[J].微電機，1999，32（1）.

[3]唐文彥.傳感器.北京：機器工業(yè)出版社，2011-6-12.

[4]廖文丹.US-100超聲波測距模塊.智能微控工作室，2010.1.31.

基金項目：寧夏回族自治區(qū)區(qū)級大學生創(chuàng)新計劃資助項目（QJCX2010-DX-01）。