基于SCMC/EMCU 51的智能循線車模設(shè)計

安徽工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 苑香平 王鎮(zhèn)霖 陳 陽 王 偉 張勝結(jié)

1 前言

感器所受到的干擾，一般在光線較暗的環(huán)境中使用該模塊。

圖1 SCMC/EMCU 51最小系統(tǒng)PROTEUS仿真電路圖

眾所周知，為激發(fā)當(dāng)代大學(xué)生潛在的創(chuàng)新思維而設(shè)立的諸如全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽等各式各樣的科技活動不勝枚舉。然而，就循線越野類競賽來說，尋求一種制作成本偏低且能夠圓滿完成特定任務(wù)的車模卻是一個永恒的話題。

應(yīng)此要求，設(shè)計出一種智能循線小車模型。該車模不僅有較為簡單的硬件結(jié)構(gòu)，而且行車控制程序也得到優(yōu)化，可通過實際應(yīng)用進一步測試其動態(tài)性能。

2 車體模型設(shè)計

2.1 SCMC/EMCU 51最小系統(tǒng)

Single Chip Micro-Computer/Embedded Micro-Controller Unit 51即51單片微型計算機或嵌入式微控制器，外接電源電路、晶振電路和復(fù)位電路就可以組成SCMC/EMCU 51最小系統(tǒng)（以AT89C51RD2型單片機為例），其PROTEUS仿真電路圖如圖1所示。其中晶振X1（頻率為12MHZ）、GND、電容C1和電容C2構(gòu)成晶振電路，VCC、GND、電容C3和電阻R1構(gòu)成復(fù)位電路，電源電路默認。

2.2 紅外尋跡

紅外對管是一種光電尋跡傳感器，主要由發(fā)射端和接收端2部分組成，車?？刹捎?路紅外對管模塊進行路徑識別。其基本工作原理可以簡述為：只要每一路傳感器的接收端不能夠準確地收到發(fā)射端發(fā)來的信號，那么就表示該模塊無法正常工作，相應(yīng)的TTL輸出端自然就不會輸出低電平有效信號。為減少傳

2.3 直流電動機

直流電動機是一種將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的電磁機械裝置，其勵磁方式多樣，具有良好的調(diào)速性能，故車?？捎闷渫蟿榆圀w循線行進。

上述3個部分只需加上節(jié)能、環(huán)保的電源模塊便可搭建出如圖2所示的智能循線小車模型。

圖2 智能循線小車模型簡圖

圖3 車模行車路徑

該車模可在圖3所示的固定黑線軌道上自由運動，其運動過程如下：人為按下車載啟動按鈕，車模進入預(yù)定軌道，同時SCMC/EMCU 51的內(nèi)部定時器開始記錄車模運行時間。然后，在2路紅外對管的引導(dǎo)下，4路小型直流電動機驅(qū)動車模行進，直到SCMC/EMCU 51內(nèi)部定時器所設(shè)置的停車時刻來臨后，車模才執(zhí)行停車指令。之后，SCMC/EMCU 51延時繼續(xù)檢測直流電動機的運行狀態(tài)，若直流電動機持續(xù)動作，SCMC/EMCU 51會向電源端繼電器發(fā)送停車控制信號，徹底斷開直流電動機驅(qū)動芯片供電電源，以保證車模在該時刻可靠停車。反之，SCMC/EMCU 51不會發(fā)出任何操作指令。

值得注意的是，缺乏“靈魂”的車模是無法動作的。因此，只有搭載下文所述的行車控制程序才能達到在循線越野途中某一時刻準確停車的目的。

3 行車控制程序設(shè)計

以車模運動過程為基石，可對應(yīng)繪制出圖4所示的行車控制程序流程圖，據(jù)此能夠編制出程序總體框架，以便于進一步模塊化編程。

圖4 車模行車控制程序流程圖

PWM（Pulse Width Modulation）即脈沖寬度調(diào)制，該技術(shù)基于沖量等效原理，能夠?qū)Φ确坏葘捑匦尾}沖的寬度進行調(diào)節(jié)以等效獲得所需波形。利用其基本原理可以模擬出控制直流電動機運轉(zhuǎn)速度的相關(guān)程序，而定時程序的編寫也只需合理配置定時器的相關(guān)寄存器即可。

下面給出行車控制主程序，對車模動態(tài)過程作一補充說明。

“

/************************行車主控************************/

{

Init_TIMER();//定時器初始化—設(shè)置車模停車時刻

while(1)

{

void PWM（）； //PWM控制調(diào)速

while( fl ag_stop == 1) //停車時刻狀態(tài)標(biāo)志位檢測

{

void car_stop(); //執(zhí)行停車指令

while( fl ag_motor == 1)//電機狀態(tài)標(biāo)志位檢測

{

void relay_stop(); //繼電器斷開—可靠停車

}

}

}

}

/********************************************************/

”

4 結(jié)語

該智能循線小車模型集低成本硬件設(shè)備與已優(yōu)化軟件控制程序于一體，經(jīng)驗證其動態(tài)性能良好，可輕松實現(xiàn)循線越野途中定時停車的功能，因此在全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽當(dāng)中取得了優(yōu)異的成績。相信隨著創(chuàng)新科技的可持續(xù)發(fā)展，性能更加優(yōu)良的車模會越來越多。

引文

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2005:174-178.

[2]皮大能,等.單片機原理與應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2017.

[3]郭天祥.新概念51單片機C語言教程:入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[4]汪晉寬,等.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2007.

[5]崔健雙,等.現(xiàn)代通信技術(shù)概論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013.

[6]張毅剛.單片機原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.

[7]付家才.單片機控制工程實踐技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[8]沙占有,等.單片機外圍電路設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[9]王建校,等.C51系列單片機及C51程序設(shè)計[M].成都:巴蜀書社,2002.

[10]宏晶科技.STC12C5A60S2系列單片機器件手冊[EB/OL].www.STCMCU.com.