基于單片機(jī)控制的智能三角警示牌設(shè)計(jì)

尹國柱

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000）

1 引言

當(dāng)前，隨著我國車輛工業(yè)和交通道路的發(fā)展，汽車也在交通運(yùn)輸方面承擔(dān)了越來越多的任務(wù)。當(dāng)車輛在行駛過程中發(fā)生故障時，根據(jù)交通法規(guī)的有關(guān)規(guī)定，都需要在來車方向的適當(dāng)距離放置三角警示牌，只有放在一定的安全距離，它才能夠發(fā)揮應(yīng)有的安全作用。一般來說，白天時在城市道路上要把警示牌放在車后50 米的位置，如果是在高速公路上則要放置在車后150 米左右的位置，這樣才能給后車司機(jī)留下足夠的避讓距離。如果是在晚上或光線昏暗的時候，放置的距離還需要相應(yīng)加長，在城市道路上放置點(diǎn)需要距離故障車輛100 米左右，在高速公路上需要放置在250 米左右遠(yuǎn)的地方。

目前的放置方法，都是由司乘人員手拿警示牌徒步走到適當(dāng)位置放置，特別是在高速公路上，在放置警示牌的過程中極易發(fā)生二次事故。針對這種情況，為了避免二次事故的發(fā)生，本文設(shè)計(jì)了一種能遙控行走的智能三角警示牌。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主要功能

（1）具有遙控行走功能，司乘人員利用遙控器控制三角警示牌行進(jìn)。（2）具有預(yù)設(shè)定距離的功能。在控制板面上設(shè)計(jì)一個按鈕用來設(shè)定警示牌放置的距離，利用三位LED 七段數(shù)碼管顯示設(shè)定的距離。通過按鈕重復(fù)動作可以改變設(shè)定距離值，當(dāng)三角警示牌運(yùn)動到設(shè)定距離時將不能再前進(jìn)，只能左右調(diào)整狀態(tài)或后退。（3）具有燈光閃爍的警示功能。在警示牌上安裝有相互間隔的高亮度紅色和藍(lán)色LED 燈，正常工作時使紅色和藍(lán)色的LED 燈交互閃爍，發(fā)出燈光警示效果。

2.2 控制器

圖1 智能三角警示牌結(jié)構(gòu)框圖

本文設(shè)計(jì)的電路框圖如圖1 所示。該電路的控制核心選用Atmel 公司生產(chǎn)的AT89S52 單片機(jī)，該單片機(jī)是一種低功耗、高性能8 位微控制器，具有8KB 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，用于過程調(diào)試較為方便。

2.3 遙控發(fā)射和接收模塊的選擇

遙控發(fā)射與接收常用的有兩種方式：一是采用紅外發(fā)射與接收模塊，其特點(diǎn)是不干擾其他電器設(shè)備工作，也不會影響周邊環(huán)境，電路調(diào)試簡單，若對發(fā)射信號進(jìn)行編碼，可實(shí)現(xiàn)多路紅外遙控功能，但紅外遙控器的控制距離大約10 米左右，難于滿足本設(shè)計(jì)的要求。另外一種是采用無線遙控與接收模塊PT2262/PT2272。編碼芯片PT2262 以及解碼芯片PT2272 是目前在無線通信電路中較為常用的一種芯片。接收芯片PT2272 的數(shù)據(jù)輸出位數(shù)有0、2、4、6 位等多種，數(shù)據(jù)輸出又具有“暫存”和“鎖存”兩種方式，方便用戶選擇使用，后綴為“M”為“暫存型”，后綴為“L”為“鎖存型”。本設(shè)計(jì)中由于要控制警示牌的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，因此需要有四個控制信號，也就需要4 位數(shù)據(jù)編碼，所以本設(shè)計(jì)采用的是M4 型號。

其工作過程是： 當(dāng)遙控發(fā)射器有按鍵動作時，PT2262 首先進(jìn)行編碼，然后經(jīng)過315MHz 調(diào)制電路調(diào)制后，將功率放大，最后輸出編碼。接收電路將收到的信號通過PT2272 的14 引腳送入其內(nèi)部，再將收到的信號解碼。當(dāng)接收到信號后，PT2272 將其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT 腳輸出高電平，同時與PT2262相應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳(D0～D3)也輸出高電平，而這些數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的P2.4～P2.7 引腳輸入到單片機(jī)內(nèi)部，經(jīng)過處理后使對應(yīng)的單片機(jī)引腳輸出相應(yīng)電平信號驅(qū)動電機(jī)。因此，當(dāng)遙控器有按鍵按下，接收模塊收到信號后，單片機(jī)就可以根據(jù)接收的信號對遙控警示牌進(jìn)行相應(yīng)的操作。

2.4 電機(jī)驅(qū)動模塊

電機(jī)驅(qū)動模塊采用的SGS 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流L298N 電機(jī)驅(qū)動芯片，內(nèi)含兩個H 橋電路，可驅(qū)動遙控警示牌的左右兩個直流電機(jī)。當(dāng)左電機(jī)單獨(dú)正轉(zhuǎn)時，遙控警示牌向右轉(zhuǎn)彎；當(dāng)右電機(jī)單獨(dú)正轉(zhuǎn)時，遙控警示牌將向左轉(zhuǎn)彎。若左右電機(jī)同時正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，則對應(yīng)實(shí)現(xiàn)遙控警示牌的前進(jìn)與后退的功能。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中不需要調(diào)速，所有使能端ENA 和ENB 直接接高電平。其驅(qū)動電路圖如圖2 所示。

圖2 電機(jī)驅(qū)動電路

2.5 預(yù)定距離控制

預(yù)定距離的設(shè)置是利用一個與單片機(jī)外部中斷引腳P3.2相連的按鈕來循環(huán)設(shè)置，分別是000→050→100→150→250→000。當(dāng)預(yù)定距離為000 時，遙控警示牌的放置完全靠遙控按鈕操作控制。其他四種情況下，當(dāng)設(shè)定好距離后，只要按一下遙控器上的前進(jìn)按鈕，遙控警示牌就會自動行駛，直到行駛到指定距離停止，在行駛過程中，可以利用遙控器對遙控警示牌的行駛方向進(jìn)行調(diào)整。

距離測定電路采用了光電測量方法，具體做法是在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝固定一個不透明的圓盤，其邊緣上有N 個等分圓孔，在圓盤的兩側(cè)安裝一對光電偶，其位置對準(zhǔn)圓孔處。當(dāng)電機(jī)帶動圓盤轉(zhuǎn)到圓孔處時，發(fā)光二極管通過圓孔將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，電機(jī)每轉(zhuǎn)動一周，根據(jù)圖1 可以看出在單片機(jī)的P3.4 引腳上將會產(chǎn)生N 個低電平。因此，根據(jù)低電平的數(shù)量就可以計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，再結(jié)合車輪的周長l，就可以得出設(shè)定距離L 與總的低電平個數(shù)n 之間的關(guān)系為：

n=N*L/l

利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器T0 通過對低電平脈沖的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行距離的控制。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思路是采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，主要包括主程序、外部中斷程序、定時器中斷程序、顯示與LED 閃爍驅(qū)動子程序等。主程序中，根據(jù)判斷是否需要預(yù)置距離來決定程序的運(yùn)行，當(dāng)不需要預(yù)置距離時，遙控警示牌的運(yùn)動完全靠遙控器控制，根據(jù)遙控器的動作，確定警示牌應(yīng)當(dāng)進(jìn)行何種動作(包括前進(jìn)、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn))，從而控制電機(jī)驅(qū)動芯片L298，驅(qū)動對應(yīng)的直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)警示牌與無線遙控器按下的按鍵相對應(yīng)的功能。若需要預(yù)置距離，則程序啟動單片機(jī)的計(jì)數(shù)器T0 工作，來實(shí)現(xiàn)對距離的控制。主程序流程圖如圖3 所示。

圖3 主程序流程圖

4 結(jié)語

通過對系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行綜合調(diào)試，能夠完成設(shè)計(jì)任務(wù)要求。本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：一是利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能和遙控技術(shù)，解決了現(xiàn)在放置和取回警示牌過程中存在的安全隱患問題，在實(shí)際應(yīng)用中，警示效果非常明顯，特別是在夜晚或光線較暗的場合效果更好。二是能夠預(yù)置放置距離，通過實(shí)際測量，在平整路面上，放置到250 米遠(yuǎn)時，誤差不大于10 米。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電路簡單、使用方便、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。

[1]姜寶華，齊強(qiáng).基于單片機(jī)的無線遙控智能小車的設(shè)計(jì)與制作電子世界，2013，03.

[2]李檸，張殿富.基于單片機(jī)的智能小車速度控制設(shè)計(jì)科[J].技視界，2012，28.

[3]陶曉玲，姚竹亭，劉春力.基于單片機(jī)的單相齒輪減速同步電機(jī)控制系統(tǒng)[J].電子世界，2012，15.

[4]馬昊偉，董繼先.基于STC89C51 單片機(jī)的步進(jìn)電動機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2012，07.

[5]仇文寧，李清偉.基于單片機(jī)隨車起重機(jī)力矩限制器研制[J].煤礦機(jī)械，2010，10.