余會(huì)娟

（安徽醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校醫(yī)學(xué)技術(shù)系，合肥230601）

基于單片機(jī)的搬運(yùn)電動(dòng)小車

余會(huì)娟

（安徽醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校醫(yī)學(xué)技術(shù)系，合肥230601）

用STC90c516單片機(jī)作為控制模塊，使用ST188作為循跡模塊，采用四通道驅(qū)動(dòng)集成芯片L298N組成PWM脈沖調(diào)制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，使用差動(dòng)方式控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)了小車的自動(dòng)循跡行駛、搬運(yùn)木塊、自動(dòng)入庫等功能，并采用LCD1602實(shí)時(shí)顯示小車的行駛時(shí)間和距離。

單片機(jī)；紅外傳感；軟件設(shè)計(jì)

隨著汽車工業(yè)和企業(yè)車間智能化的發(fā)展，智能車輛的研究和開發(fā)受到了越來越多的關(guān)注。相對于傳統(tǒng)車輛，搬運(yùn)電動(dòng)小車因成本低、電路結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高，可用于有毒有害或高溫高壓等特殊環(huán)境，而在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛應(yīng)用。

本文以STC90c516單片機(jī)和3個(gè)反射式紅外光電傳感器ST188為核心器件，設(shè)計(jì)了一種具有自動(dòng)搬物和循跡功能的智能搬運(yùn)電動(dòng)小車。

1 搬運(yùn)電動(dòng)小車模塊設(shè)計(jì)

搬運(yùn)電動(dòng)小車需實(shí)現(xiàn)循跡、識別終點(diǎn)線、取物、放物體入庫、實(shí)時(shí)顯示時(shí)間及行程等功能。系統(tǒng)以STC90c516單片機(jī)為核心；用ST188識別紅外傳感器的信號、循跡和識別終點(diǎn)標(biāo)志；以差動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)小車穩(wěn)定行駛和取物、入庫的功能；用1602液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示小車的行駛時(shí)間和距離。系統(tǒng)硬件、軟件都使用軟件模塊化設(shè)計(jì)，調(diào)試簡單。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

（1）循跡模塊使用了3個(gè)反射式紅外光電傳感器ST188，其中兩個(gè)用來循跡，另一個(gè)用來檢測終點(diǎn)線。

循跡是指小車在白色地面上循黑線行走。ST188的紅外發(fā)射管在小車行駛過程中，不斷地向地面發(fā)射紅外光，由于黑色相對于白色對光的反射程度較弱，故ST188的紅外接收管可根據(jù)接收到地面反射回的光線檢測出顏色，如為黑色則輸出低電平，反之輸出高電平。單片機(jī)以此來確定黑線的位置和小車的行走線路。

（2）實(shí)時(shí)檢測模塊采用開關(guān)型霍爾傳感器?；魻杺鞲衅鲀?nèi)集成了硅霍爾片，當(dāng)處于磁場中時(shí)，硅霍爾片的兩電壓端會(huì)有一個(gè)霍爾電勢差輸出。這個(gè)電勢差經(jīng)霍爾傳感器內(nèi)部的集成放大器和施密特觸發(fā)器整形后，轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄝ敵?。開關(guān)型霍爾傳感器的輸出電平與TTL電平兼容。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)以電信號的方式傳遞給單片機(jī)，車輪每轉(zhuǎn)一圈，開關(guān)型霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖，系統(tǒng)只需計(jì)算出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，即可確定小車的轉(zhuǎn)速，乘以小車輪胎周長可確定行駛距離?；魻杺鞲衅麟娖阶儞Q速度快，具有較好的測速效果。

（3）手臂取物模塊采用整體滑移形式的手臂。這是由于機(jī)械手臂有控制復(fù)雜、重量大且性價(jià)比較低等缺點(diǎn)，而整體滑移形式手臂形式簡單，也比較容易控制。

（4）電源模塊采用雙電源供電。單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊若使用同一電源供電，雖然電路簡單，但是由于電機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)電流大、PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流波動(dòng)較大，會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)、系統(tǒng)抗干擾能力降低、傳感器誤檢測等異常情況。為避免這些情況的出現(xiàn)，選擇對電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和單片機(jī)分別供電，以保證小車動(dòng)力充足，控制穩(wěn)定。

（5）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用四通道驅(qū)動(dòng)集成芯片L298N，由單片機(jī)I/O口向L298N輸出信號來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制。驅(qū)動(dòng)電路圖如圖2所示。在圖2中，單片機(jī)P1.0～P1.3口連接L298N的IN1～I(xiàn)N4，用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，P1.4和P1.5口連接在L298N的ENA和ENB，用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

2 搬運(yùn)電動(dòng)小車軟件設(shè)計(jì)

2.1 主流程設(shè)計(jì)

小車進(jìn)入循跡子程序后，STC90c516單片機(jī)就開始不停地掃描連接紅外探測器ST188的I/O口，一旦檢測到信號發(fā)生變化，就執(zhí)行相應(yīng)的檢測子程序，以控制小車電機(jī)的動(dòng)作，顯示小車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、距離和協(xié)調(diào)小車各個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)。

圖3為系統(tǒng)流程圖。該程序可以實(shí)現(xiàn)小車穩(wěn)定地循跡行駛、終點(diǎn)線停車及物體入庫功能，實(shí)時(shí)檢測并顯示小車行駛時(shí)間及路程。

圖3 系統(tǒng)流程圖

2.2 PWM調(diào)控設(shè)計(jì)

在方波脈沖作用下，電機(jī)通電時(shí)，速度增大；斷電時(shí)，速度減小。因此，在小車行進(jìn)的過程中，占空比越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。在直線前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，占空比應(yīng)該區(qū)別對待。這是因?yàn)?，若車速太快，則在轉(zhuǎn)彎時(shí)，方向不易控制，而車速太慢，又會(huì)延長轉(zhuǎn)彎時(shí)間。

系統(tǒng)通過調(diào)整單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0的初始值來實(shí)現(xiàn)PWM控制輸出，在P1.4和P1.5口分別產(chǎn)生占空比不同的方波脈沖，其中，P1.4口輸出小車左輪PWM信號，P1.5口輸出小車右輪PWM信號。系統(tǒng)利用差動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。調(diào)控程序如下：

2.3 部分控制程序

小車進(jìn)入循跡模式后，單片機(jī)就開始掃描與ST188連接的I/O口，P2.0、P2.1和P2.2只要檢測到信號發(fā)生變化，就執(zhí)行相應(yīng)的子程序：左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、起跑、終點(diǎn)檢測或取放物品等，并通過P1.0～P1.3口來控制2個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，即控制小車左右輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，同時(shí)，設(shè)置占空比來控制小車的行駛，改變小車的行動(dòng)狀態(tài)。參數(shù)初始化和部分子程序如下。

3 測試結(jié)果

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊測試結(jié)果如表1所示。

表1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)測試結(jié)果

LCD顯示模塊測試結(jié)果如表2所示。由表2可見，STC90c516單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器在計(jì)時(shí)上存在微小誤差。

表2 LCD顯示精度測試數(shù)據(jù)

為測試搬運(yùn)電動(dòng)小車的性能，采用順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向分別運(yùn)行的測試方法。表3為4次搬運(yùn)木塊的測試結(jié)果。

表3 性能測試結(jié)果

4 結(jié)束語

搬運(yùn)電動(dòng)小車采用單片機(jī)STC90c516為控制模塊、反射式紅外光電傳感器ST188為循跡模塊，并采用此外，搬運(yùn)電動(dòng)小車還可以增加超聲波測距模塊，完成對前方障礙物與小車之間距離的檢測，并將數(shù)值反饋給主程序以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)避障；增加遙控電路模塊以實(shí)現(xiàn)人為干預(yù)小車行駛或緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)溝通等功能，使搬運(yùn)電動(dòng)小車更加智能化。

C語言單元模塊化設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)簡潔、穩(wěn)定性強(qiáng)、精度高。測試結(jié)果表明：小車實(shí)現(xiàn)了循跡、識別終點(diǎn)線、取物、放物體入庫、實(shí)時(shí)顯示時(shí)間及行程等功能。

［1］胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］.3版.北京：清華大學(xué)出版社，2010：200-317.

［2］黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006：56-210.

［3］董濤，劉進(jìn)英，蔣蘇.基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)與制作［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2009（2）：380-382.

［4］蘭羽.基于紅外傳感器ST188的自動(dòng)循跡小車設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2013（3）：64-66.

【責(zé)任編輯 梅欣麗】

The Carrying Electric Car Based on Single Chip Microcomputer

YU Huijuan
（Medical Technology Department，Anhui Medical College，Hefei 230601，China）

The study used STC90c516 microcontroller as the control module，and ST188 as the tracking module.The study realized the car's functions of automatic tracking driving，carrying wood，automatic warehousing by using PWM pulse modulation DC motor drive circuit which was composed of four-channel integration chip L298N，and realized controlling the dc motor's speed and steering by using differential mode.The study also realized the real-time display of the car's running time and distance by using LCD1602.

single chip microcomputer；infrared sensor；software design

TP216

A

2095-7726（2015）12-0064-3

2015-07-01

安徽省教育廳質(zhì)量工程項(xiàng)目（2013zjjh045）

余會(huì)娟（1979-），女，安徽合肥人，講師，研究方向：電子與通信。