基于單片機控制的智能三角警示牌設計

尹國柱

（河南工業和信息化職業學院，河南 焦作 454000）

1 引言

當前，隨著我國車輛工業和交通道路的發展，汽車也在交通運輸方面承擔了越來越多的任務。當車輛在行駛過程中發生故障時，根據交通法規的有關規定，都需要在來車方向的適當距離放置三角警示牌，只有放在一定的安全距離，它才能夠發揮應有的安全作用。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加長，在城市道路上放置點需要距離故障車輛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生二次事故。針對這種情況，為了避免二次事故的發生，本文設計了一種能遙控行走的智能三角警示牌。

2 硬件電路設計

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。（2）具有預設定距離的功能。在控制板面上設計一個按鈕用來設定警示牌放置的距離，利用三位LED 七段數碼管顯示設定的距離。通過按鈕重復動作可以改變設定距離值，當三角警示牌運動到設定距離時將不能再前進，只能左右調整狀態或后退。（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色LED 燈，正常工作時使紅色和藍色的LED 燈交互閃爍，發出燈光警示效果。

2.2 控制器

圖1 智能三角警示牌結構框圖

本文設計的電路框圖如圖1 所示。該電路的控制核心選用Atmel 公司生產的AT89S52 單片機，該單片機是一種低功耗、高性能8 位微控制器，具有8KB 在系統可編程Flash 存儲器，用于過程調試較為方便。

2.3 遙控發射和接收模塊的選擇

遙控發射與接收常用的有兩種方式：一是采用紅外發射與接收模塊，其特點是不干擾其他電器設備工作，也不會影響周邊環境，電路調試簡單，若對發射信號進行編碼，可實現多路紅外遙控功能，但紅外遙控器的控制距離大約10 米左右，難于滿足本設計的要求。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 的數據輸出位數有0、2、4、6 位等多種，數據輸出又具有“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”。本設計中由于要控制警示牌的前進、后退、左轉、右轉，因此需要有四個控制信號，也就需要4 位數據編碼，所以本設計采用的是M4 型號。

其工作過程是： 當遙控發射器有按鍵動作時，PT2262 首先進行編碼，然后經過315MHz 調制電路調制后，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 引腳送入其內部，再將收到的信號解碼。當接收到信號后，PT2272 將其地址碼經過兩次比較核對后，VT 腳輸出高電平，同時與PT2262相應的數據引腳(D0～D3)也輸出高電平，而這些數據通過單片機的P2.4～P2.7 引腳輸入到單片機內部，經過處理后使對應的單片機引腳輸出相應電平信號驅動電機。因此，當遙控器有按鍵按下，接收模塊收到信號后，單片機就可以根據接收的信號對遙控警示牌進行相應的操作。

2.4 電機驅動模塊

電機驅動模塊采用的SGS 公司生產的一種高電壓、大電流L298N 電機驅動芯片，內含兩個H 橋電路，可驅動遙控警示牌的左右兩個直流電機。當左電機單獨正轉時，遙控警示牌向右轉彎；當右電機單獨正轉時，遙控警示牌將向左轉彎。若左右電機同時正轉或反轉，則對應實現遙控警示牌的前進與后退的功能。因為在本設計中不需要調速，所有使能端ENA 和ENB 直接接高電平。其驅動電路圖如圖2 所示。

圖2 電機驅動電路

2.5 預定距離控制

預定距離的設置是利用一個與單片機外部中斷引腳P3.2相連的按鈕來循環設置，分別是000→050→100→150→250→000。當預定距離為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，當設定好距離后，只要按一下遙控器上的前進按鈕，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行調整。

距離測定電路采用了光電測量方法，具體做法是在電機轉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，在圓盤的兩側安裝一對光電偶，其位置對準圓孔處。當電機帶動圓盤轉到圓孔處時，發光二極管通過圓孔將光照射到光敏三極管上，三極管導通，反之三極管截止，電機每轉動一周，根據圖1 可以看出在單片機的P3.4 引腳上將會產生N 個低電平。因此，根據低電平的數量就可以計算電機轉動的圈數，再結合車輪的周長l，就可以得出設定距離L 與總的低電平個數n 之間的關系為：

n=N*L/l

利用單片機的計數器T0 通過對低電平脈沖的計數來實現運行距離的控制。

3 系統軟件設計

系統軟件的設計思路是采用模塊化程序結構，主要包括主程序、外部中斷程序、定時器中斷程序、顯示與LED 閃爍驅動子程序等。主程序中，根據判斷是否需要預置距離來決定程序的運行，當不需要預置距離時，遙控警示牌的運動完全靠遙控器控制，根據遙控器的動作，確定警示牌應當進行何種動作(包括前進、后退，左轉、右轉)，從而控制電機驅動芯片L298，驅動對應的直流電機的正反轉來實現警示牌與無線遙控器按下的按鍵相對應的功能。若需要預置距離，則程序啟動單片機的計數器T0 工作，來實現對距離的控制。主程序流程圖如圖3 所示。

圖3 主程序流程圖

4 結語

通過對系統的硬件和軟件進行綜合調試，能夠完成設計任務要求。本設計優點體現在：一是利用單片機的強大功能和遙控技術，解決了現在放置和取回警示牌過程中存在的安全隱患問題，在實際應用中，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。二是能夠預置放置距離，通過實際測量，在平整路面上，放置到250 米遠時，誤差不大于10 米。設計實現了電路簡單、使用方便、運行穩定的特點。

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