基于单片机的智能小车控制系统设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ， ＳＴＣ８９Ｃ５２ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈｉｐ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓ⁃ ｔｅｍ， ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． ＮＲＥＦ２４Ｌ０１ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ， Ｅ１８－Ｄ８０ＮＫ－Ｎ ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔ⁃ ｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｍｏｄｕｌｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ Ｐｒｏｔｅｕｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｉｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｗｉｔｈ ＳＴＭ３２１０３Ｃ８ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓ⁃ ｔｅｍ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ＮＲＦ２４Ｌ０１ ＳＰＩ ｃｏｍｍｕ⁃ ｎｉｃａｔｉｏｎ， ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｔｏｒ ｗａｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｗｉｔｈ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＶＢ ｊｏｉｎｔ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ， ｒｕｎ⁃ ｎｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｗａｓ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ， ＬＥＤ ｌｉｇｈｔｓ， ｓｉｍｐｌｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ． ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｐｅｒｆｏｒｍ ｗｅｌｌ ｍｏｖｉｎｇ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｂａｃｋｗａｒｄ， ｓｔｅｅｒｉｎｇ， ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ， ｍｅｅｔｉｎｇ ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｈａｖｉｎｇ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ｍａｒｋｅｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ； ＮＲＦ２４Ｌ０１； ｓｅｒｉａｌ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ； ＰＷＭ
０ 引言 智能车作为一种轮式的移动机器人［１－２］ ，是一个
集环境感知、动态决策与规划、智能控制与执行等多 功能于一体的综合系统［３－４］ ，能应用到自动控制、模式 识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多 个领域，是典型高新技术综合体，在导盲车辆、国防安 全、工业生产等领域，都有广泛应用，具有重要的军用 及民用价值［５－６］ 。
２０１８ 年 第１期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２０１８ Ｎｏ������ １
基于单片机的智能小车控制系统设计
罗刘敏，王明霞，郭艳花，刘晓青
（ 周口师范学院机械与电气工程学院，河南周口 ４６６００１）
摘要：针对智能车的控制系统，选用 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 作为整个系统的主控芯片，并进行硬件电路设计；以 ＮＲＥＦ２４Ｌ０１ 作为无线接收模块，选取 Ｅ１８－Ｄ８０ＮＫ－Ｎ 红外光电传感器作为避障模块的核心器件；并用 Ｐｒｏｔｅｕｓ 软件进行电路的模拟和仿真，结果表明可行。 以 ＳＴＭ３２１０３Ｃ８ 为核心，设计了智能小车的实时 监控系统，并制定了系统软件的设计方案；在系统软件方案的基础上提出基于 ＮＲＦ２４Ｌ０１ 的 ＳＰＩ 通信、 串口通信和电机的 ＰＷＭ 调速方案。 最终与基于 ＶＢ 的遥控器进行联合调试，通过示波器、ＬＥＤ 指示灯 简易监控观察智能车的运行状态。 结果表明：系统能很好地执行小车的前进、后退、转向、避障等功能， 达到预期设想，有良好的使用效果和广阔的市场前景。 关键词：智能车；ＮＲＦ２４Ｌ０１；ＳＰＩ 通信；ＰＷＭ 中图分类号：ＴＮ７９１ 文献标识码： Ａ 文章编号：１００２－１８４１（２０１８）０１－０１２３－０４
随着技术的发展， 对智能车辆的研究越来越深 入［７－８］ 。 通过在智能车上装配各种传感器和控制芯片 来实现自主巡航等功能，在完全没有人工干预或只有
基金项目：周口师范学院教育教学改革项目（ Ｊ２０１６０５１） ；河南 省教育技术装备与实践教育研究项目（ ＧＡＳ３９０） ；河南省教育 技术装备与实践教育研究项目（ ＧＡＳ３１０） ；周口师范学院青年 基金项目（ ｚｋｎｕＢ３１５２１４） 收稿日期：２０１７－０７－０５
部分人工干预的情况下，沿着预设的路径行驶到达目 的地［９－１０］ 。 要实现自主巡航功能，智能车辆必须通过 一些传感器获取自身的位置信息或者外部环境提供 的引导信息，所以对车辆智能化技术的研究开发过程 中，智能车的控制系统和外部导航一直是研究的核心 问 题［１１－１２］ 。 针 对 智 能 车 的 控 制 问 题， 本 文 选 用 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 作为主控芯片，进行控制系统研究，完成了 相应的硬件和软件设计，实现控制小车前进、后退、转 向、避障等功能。 １ 系统总体设计方案
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃａｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣＵ
ＬＵＯ Ｌｉｕ⁃ｍｉｎ，ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇ⁃ｘｉａ， ＧＵＯ Ｙａｎ⁃ｈｕａ， ＬＩＵ Ｘｉａｏ⁃ｑｉｎｇ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｏｕｋｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｏｕｋｏｕ ４６６００１，Ｃｈｉｎａ）