基于STC98C52的智能玩具小車(chē)設(shè)計(jì)

楊維祎，郭穎，欒哲江，付玉祥，劉浩文

（1.遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，遼寧撫順113001；2.撫順石化公司遼寧撫順113001）

基于STC98C52的智能玩具小車(chē)設(shè)計(jì)

楊維祎1，郭穎1，欒哲江2，付玉祥2，劉浩文1

（1.遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，遼寧撫順113001；2.撫順石化公司遼寧撫順113001）

現(xiàn)在，玩具正向智能化方向發(fā)展，本文所設(shè)計(jì)的智能玩具小車(chē)主要由STC89C52單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外對(duì)管避障模塊、LED和LCD顯示模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊以及CC1101無(wú)線接收發(fā)射模塊組成，集驅(qū)動(dòng)、控制、傳感和能源等于一體，實(shí)現(xiàn)了玩具車(chē)的遙控前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、自主避障、狀態(tài)顯示和報(bào)警等功能。測(cè)試結(jié)果表明，小車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，易于操作，實(shí)現(xiàn)了玩具小車(chē)的智能化。

智能玩具小車(chē)；STC89C52單片機(jī)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；CC1101

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷快速發(fā)展，消費(fèi)電子產(chǎn)品行業(yè)也迅速發(fā)展起來(lái)。全球玩具市場(chǎng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)正在發(fā)生巨大改變：傳統(tǒng)玩具占據(jù)的市場(chǎng)比重在逐漸減少，高科技含量電子玩具市場(chǎng)比重逐漸增加。中國(guó)玩具協(xié)會(huì)近期的一份報(bào)告指出，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，玩具類支出在城鄉(xiāng)居民的消費(fèi)支出中所占比重將越來(lái)越大。我國(guó)的玩具發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)頂峰，隨著IT業(yè)的發(fā)展，玩具與IT行業(yè)緊密結(jié)合、電子化、智能化程度得到提高，但與世界其他國(guó)家仍有一定差距。所以，盡早投入精力進(jìn)行玩具智能化的研究，對(duì)于技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都具有十分重大的意義。

1　硬件構(gòu)成和設(shè)計(jì)安裝

1.1系統(tǒng)原理框圖

該系統(tǒng)主要由以下5個(gè)基本功能模塊組成：STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、無(wú)線遙控模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障及報(bào)警模塊等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理總框圖如圖1所示。

1.2STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)模塊

STC89C52是STC公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS的微處理器。它采用40引腳雙列直插封裝方式，片內(nèi)集成512字節(jié)RAM，32個(gè)通用I/O口，8 K字節(jié)可編程、可擦除ROM，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4 KB E2PROM，MAX810復(fù)位電路。它的最高運(yùn)作頻率為35 MHz，6T/12T可選。

圖1　系統(tǒng)原理總框圖

圖2　單片機(jī)最小系統(tǒng)

1.3無(wú)線遙控模塊

無(wú)線遙控模塊主要由發(fā)射部分、接收部分、顯示部分3部分組成［2］。

無(wú)線收發(fā)模塊采用德州儀器公司的CC1101無(wú)線通信芯片，它的內(nèi)部組成包括：發(fā)射電路、接收電路、控制接口電路等部分，方便用戶調(diào)試和降低成本。CC1101擁有6根I/O接口與MCU相連，它們分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通訊、通訊參數(shù)配置、工作模式選擇等。本設(shè)計(jì)中CC1101電路設(shè)定為433 MHz的 ISM頻率波段并采用串口通訊方式［3］。

CC1101的I/O接口定義及與MCU的連接方式見(jiàn)表1：

將一個(gè)CC1101與第1片STC89C52（1）的P3.0和P3.1口相連即可作為發(fā)送端來(lái)使用。將另一個(gè)CC1101與第2片STC89C52（2）的P3.0和P3.1口相連即可作為接收端來(lái)使用，具體連接如圖3所示。

表1　CC1101 I/0口定義及連接方法（模塊正面從左到右順序）

圖3　發(fā)送（接收）端連接圖

1.4顯示模塊

顯示部分采用LCD12864。LCD12864具有128×64個(gè)液晶顯示點(diǎn)，每個(gè)顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)一位二進(jìn)制數(shù)，0表示滅，1表示亮。其內(nèi)置有8192個(gè)16×16點(diǎn)漢字和128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII字符集，可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形的顯示。利用其靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互界面。本設(shè)計(jì)中主要用在遙控發(fā)送端顯示遙控信號(hào)是否正常以及小車(chē)的行進(jìn)狀態(tài)［4］。

發(fā)送部分連接圖如圖4所示。

圖4　遙控發(fā)送端連接圖

1.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

小車(chē)動(dòng)力的主要來(lái)源是兩個(gè)側(cè)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)采用PWM調(diào)速，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N。L298N可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)。單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3腳接L298N 的IN1～I(xiàn)N4管腳，通過(guò)控制單片機(jī)I/O口輸出高低電平控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，L298N的OUT1、OUT2和OUT3、OUT4分別接兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。L298N的ENA、ENB為控制使能端，作用是輸入PWM信號(hào)控制電機(jī)調(diào)速。VSS接邏輯控制的電源。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示［5］。

1.6避障及報(bào)警模塊

避障功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)采用一只對(duì)管置于小車(chē)右側(cè)的方案。其原理是利用光線在不同物體表面反射光的性質(zhì)不同。在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷向前方發(fā)射光，當(dāng)光遇到障礙時(shí)產(chǎn)生反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收，從而完成信號(hào)的檢測(cè)。小車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中如果遇到障礙物時(shí)需要完成轉(zhuǎn)彎和倒退動(dòng)作，因此要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。報(bào)警模塊采用蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)小車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中遇到障礙，蜂鳴器發(fā)出響聲［6］。

調(diào)試過(guò)程中，當(dāng)小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中遇到障礙，檢測(cè)頭亮燈起，蜂鳴器響，左電機(jī)停轉(zhuǎn)，右電機(jī)正常，小車(chē)左轉(zhuǎn)避開(kāi)障礙。

圖5　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

2　軟件設(shè)計(jì)

2.1發(fā)送端主程序

發(fā)送的程序主要包括初始參數(shù)設(shè)置、按鍵掃描、系統(tǒng)判斷是否有鍵按下，檢測(cè)到按鍵時(shí)程序會(huì)自動(dòng)執(zhí)行發(fā)送按鍵碼程序并在LCD顯示遙控信號(hào)正常，若沒(méi)有檢測(cè)到有鍵按下，程序則會(huì)跳到按鍵掃描部分繼續(xù)進(jìn)行掃描［7］。

圖6　發(fā)送端主程序流程圖

接收端程序主要完成信號(hào)的接收、解碼、直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和液晶屏的顯示。信號(hào)的接收和解碼可以通過(guò)外部中斷和定時(shí)中斷完成，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液晶屏顯示可以在數(shù)據(jù)處理子程序中完成，主程序主要完成的工作是設(shè)置小車(chē)和液晶屏的初始狀態(tài)以及中斷和存儲(chǔ)器的初始參數(shù)。其接收端主程序流程圖如圖7所示［8］。

2.2數(shù)據(jù)處理子程序流程圖

數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖8所示。

圖7　接收端主程序流程圖

圖8　數(shù)據(jù)處理子程序流程圖

3　結(jié)論

本設(shè)計(jì)最終選用了體積小、功耗低、應(yīng)用方便、穩(wěn)定可靠、靈敏度高、響應(yīng)速度快的紅外傳感器作為避障檢測(cè)裝置，控制核心采用低成本且穩(wěn)定性好的STC89C52單片機(jī)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該智能玩具小車(chē)出色的完成了遙控前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、自主避障、狀態(tài)顯示及報(bào)警等功能。實(shí)現(xiàn)了玩具小車(chē)智能化。

［1］董濤，劉進(jìn)英，蔣蘇，等.基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與制作［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009，17（2）：380_382.

［2］段剛.基于51單片機(jī)的無(wú)線遙控技術(shù)［J］.科技促進(jìn)發(fā)展，2011，（4）：24_24.

［3］李娟，唐小超，葛立峰，等.基于CC1101射頻技術(shù)的室內(nèi)超聲定位系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化與儀表，2009，24（6）：1_4.

［4］樊永顯，許勇，張向文，等.基于STC89C54RC/RD+單片機(jī)的游戲機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，21（5）：66_69.

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［6］王淼.傳感檢測(cè)技術(shù)［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2008.

［7］韓毅，楊天.基于HCS12單片機(jī)的智能尋跡模型車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008，29（18）：4736_4739.

［8］李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

Deslgn of lntelllgent toy car based on STC98C52

YANG Wei_yi1，GUO Ying1，LUAN Zhe_jiang2，F(xiàn)U Yu_xiang2，LIU Hao_wen1
（1.College of Information and Control Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China；2.Fushun Petrochemical Company，F(xiàn)ushun 113001，China）

Now the toy is deve1oping towards inte11igence.The design of inte11igent toy car is composed of STC89C52 modu1e，L298N motor driver modu1e，infrared tube obstac1e avoidance modu1e，LED and LCD disp1ay modu1e，buzzer a1arm modu1e and CC1101 wire1ess receiving emission modu1e.It can be drived and contro11ed，which rea1izes the remote contro1.It has functions of going forward，going backward，turning 1eft，turning right，autonomous obstac1e avoidance，status disp1ay and a1arm，etc.Test resu1t shows that the sma11 car has simp1e structure，good performance，easy operation and it rea1izes inte11igence.

inte11igent toy car；STC89C52SCM；motor drive；CC1101

TN06

A

1674_6236（2016）10_0097_03

2015_06_18稿件編號(hào)：201506184

楊維祎（1993—），男，遼寧朝陽(yáng)人。研究方向：電氣控制技術(shù)、儀器與測(cè)試技術(shù)等。