基于SPCE061A单片机实现智能小车设计

文章编号:1008-0570(2010)02-2-0121-02

单片机开发与应用

基于SPCE061A单片机实现智能小车设计

DesignofIntelligentCarBasedonSPCE061ASingleChipMicro-Computer

(1.攀枝花学院;2.电子科技大学)

伍刚

1

周玉荣

1,2

WUGangZHOUYu-rong

摘要:机器人的前身是智能遥控小车,它在军事、航空、探险等领域有着极其重要的作用.本文以SPCE061A单片机为控制核心、无线电遥控为人车通讯手段、传感器为小车感官,实现了对智能遥控小车的硬件和软件设计,结果表明达到了设计要求.关键词:SPCE061A单片机;智能小车;设计

文献标识码:A中图分类号:TN82

Abstract:Thepredecessorofrobotistheintelligentremotecar,ithasanextremelyimportantroleinfieldofthemilitary,aviation,explorationetc.Inthispaper,useSPCE061Asingle-chipmicro-computerascontrolcore,radio-controlledcarsasmeansofcom-municationbetweenmanandcar,sensorsasthecarsenses,realizedesignofthehardwareandsoftwaretotheIntelligentremotecar,resultsshowedthatreachedtherequirementsofdesign.Keywords:SPCE061Asinglechipmicro-computer;theIntelligentcar;design

1引言

近年来智能化机器人的研究日趋广泛,而机器人的前身就是遥控小车,由于智能遥控小车在军事、航空、探险等领域有着极其重要的作用,因此许多国家也将智能小车作为重要课题进行研究。为了实现遥控小车智能化,本文以单片机为控制核心、无线电遥控为人车通讯手段、传感器为小车感官,三者共同作用,实现遥控智能小车的设计。

出相应声响,驱动电路在控制信号的作用下驱动电机和LED灯,带动小车完成遥控指令动作。

3硬件电路设计

3.1凌阳SPCE061A单片机简介

ÁÂ

SPCE061A是继µ′nSP系列产品等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的单片机,其主要功能是:自带语音播放电路、拥有自身的语言及开发环境、32位通用可编程输入/输出端口、7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器、2个16位可编程定时器/计数器、声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器,具有自动增益控制(AGC)功能等,在程序设计方面,SPCE061可大大降低在编程过程中的难度。

技术创新

图1设计框架图

2设计要求及框图

2.1设计要求

(1)在遥控器的控制下,小车能够进行前进、后退、前行左、右转弯、后行左、右转弯、加速前进等运动;(2)能控制小车亮(熄)灯,鸣笛等附加动作;(3)能测量出障碍物离车的距离及环境光强;(4)能安全检测障碍物;(5)光强过低时,能自动启动小车的大灯。

2.2设计方框图及原理

如图1所示,遥控器按键信号进行编码,经数字合成后送入无线电发射模块,将控制信号发送出去。而小车上无线电接收模块接收到遥控信号后,对接收信号进行解码,从凌阳SPCE061A的I/OA口的高八位读入遥控信号。同时,传感器将监测的环境信息(障碍物距离及环境光强)送入单片机。单片机综合遥控信息和传感器信息判断出小车该完成的动作,并编译为16位控制信号,从单片机I/OB口送入驱动电路,或从ADC口驱动喇叭发

伍刚:教授硕士《PLC技术应用200例》

图2语音播报电路

3.2凌阳语音播报电路

如图2是凌阳SPCE061A单片机自带双通道DAC音频输出(DAC1、DAC2为凌阳SPCE061A单片机的(21)(22)脚),DAC1、DAC2的模拟信号分别通过插件CON3①③管脚输出,由于DAC输出为电流型,所以DAC输出经过SPY0030音频放大,便可驱动喇叭发音,这为单片机的音频设计提供了极大方便,而语音的

具体功能主要通过程序来实现。

3.3无线电遥控电路设计

如图1前半部分为遥控发射电路,它由2*4按键电路、按键编码SN74148N、数字编码电路MC145026、HS101/HS201配对微型无线电收发组件的HS101组成,其中按键电路分为两组,第

邮局订阅号：82-946360元/年-121-

单片机开发与应用

一组功能为:S1(前进),S2(后退),S3(亮灯),S4(电量检测),按键信号通过U1(SN74148N)编码后,送入MC145026的数据端D6、D7;第二组功能为:S5(左转),S6(右转),S7(鸣笛),S8(加速),按键信号通过U2(SN74148N)编码后,送入到MC145026编码器的D8、D9端

《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2010年第26卷第2-2期

技术创新

(MC145026的编码发送控制端TE接地,发射器按钮SA接编码器使能端,当有键按下时,SA为底点平,遥控器处于发射状态),经过编码的数据信号从DO端输出,经电容耦合,送入遥控发送模块HS101发射控制信号。

如图1为遥控器接收电路,遥控接收模块HS201接收到遥控信号。送到数字解码器MC145027的信号接收端DI口,经译码后通过数据口D6~D9送入单片机。为了保证接收和发送匹配,数字编码器MC145027地址位A1~A5必须与数字编码器MC145026的地址位编码完全一样,即都为低点平。

3.4传感器电路设计3.4.1距离测量传感器

在这里选用GP2D12红外测距传感器,GD2D12的输出信号与被测距离成反比关系,如当距离为80cm时,输出电压值为2.45V;当测量距离为10cm时,电压输出值为0.45V。在本设计中,单片机采集GD2D12输出的电压值,通过编程将电压转换为距离,并与20cm比较,若其值小于等于20cm时,电机停转,保护

小车免于与障碍物发生碰撞。

IOB0=1,IOB1=0,电路中Q1、Q4导通,电磁铁DT控制小车左转,同时Q6导通,左转灯DS3、DS4点亮。当右转时,IOB0=0,IOB1=1,电路中Q2、Q3导通,电磁铁DT控制小车右转,同时Q5导通,右转灯DS1、DS2点亮。为了使灯光与现实小车的相似,本设计选用黄色闪光二极管BTS11405,其闪光频率为1~5Hz。

3.5.3小车的前进/后退控制电路

如图4(b)是小车前进、后退的控制电路,其工作原理和转弯控制电路基本相同。IOB7=IOB4,IOB6=IOB5。当小车前进时,IOB4=1,IOB5=0,电路中Q1、Q4导通,电机M正向旋转,带动小车向前运动。当后退时,IOB4=0,IOB5=1,电路中Q2、Q3导通,电机转,带动小车向后运动。同时开关管Q5导通,倒车灯DS1、DS2点亮,在本设计中倒车等使用红色发光二极管代替。

(a)

图4遥控小车运动控制电路

(b)

3.6电源电路设计

220V的电压经变压器变为双路18V输出,再经过整流滤波,送入三端稳压集成块7809、7909输出稳定的±9V电压,±9V电压再经滤波、稳压就得到±5V电压。

4系统软件设计

图3光照保护电路极其大灯电路

3.4.2光照测量传感电路的设计

本电路设计目的是为了保护小车在能见度较低时,自动为小车提供光照(这一功能为模拟实际小车的运行状态所附加的),本设计选用光敏电阻GL5516为检测元件(该电阻的光电阻为:

图5软件设计框图

系统软件设计是单片机开发的核心部分。在本设计中,对遥控信号解码及其对传感器信号采集处理,为该程序设计的重点。系统程序设计主要由遥控信号扫描程序、传感器信息采样程序、运动及特殊功能控制程序、声音播放程序以及将这四部有机结合的主程序五大部分组成,其程设计架构如图5所示,限于篇幅在这里就不展开讨论了。

5~10KΩ;暗电阻为:200KΩ)。如图3所示,当在暗光下,光敏电阻的阻值为200KΩ,即此时R1为200KΩ。可以算出三极管9012导通,电流经发射极,二极管D1、保护电阻R3,作用于发光二极管DS1、DS2。无论从单片机传来的信号是使灯DS1、DS2开或关,光照传感器都会将灯打开,保证小车在充足的光照条件下运行。

3.5电机驱动及其灯光控制设计3.5.1小车灯光控制电路设计

单片机在接收到遥控器和传感器的综合信息后,从PB口发射出控制信号,这些信号用于控制电机驱动电路及其小车的各个灯。在本设计中我们选用大功率发光二极管,当能见度低时,单片机的PB10口发出控制信号到Port端,点亮DS1、DS2发光二极管,如图3所示。

3.5.2小车转弯控制电路

如图4(a)是小车转弯控制电路。IOB0~IOB3是单片机的IOB口高八位的前四位,其中IOB3=IOB0,IOB2=IOB1。当左转时,

-122-360元/年邮局订阅号：82-9465结束语

本设计结合遥控、单片机、传感器和程序等实现了对小车的控制,实验表明:小车在遥控下能够很好向不同的方向行进;在遇障碍物时,能发出声音报警并及时停车,从而保证了小车的安全;在能见度较低时,传感器自动打开小车大灯,以补充自然光照不足的缺陷,由于机器人的前身是遥控小车,因此本设计可以广泛地应用于恶劣环境条件下作业。

本设计的创新点:通过对SPCE061A单片机硬件电路和程序的设计,实现了小车行驶的智能化,本设计在军事、航空、探险等领域有着极其重要的作用。

(下转第120页)《现场总线技术应用200例》

单片机开发与应用

④当热电偶距离较远时,应采用双绞线作热电偶连线。⑤在温度额定值范围内使用热电偶导线。⑥避免急剧温度变化。

⑦在严劣环境中,使用合适的保护套以保证热电偶导线。⑧仅在低温和小变化率区域使用扩展导线。⑨保持热电偶电阻的事件记录和连续记录。

《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2010年第26卷第2-2期

5结束语

MAX6675将热电偶测温应用时复杂的线性化、冷端补偿及数字化输出等问题集中在一个芯片上解决,简化了将热电偶测温方案应用于嵌入式系统领域时复杂的软硬件设计,因而该器

件是将热电偶测温方案应用于嵌入式系统领域的理想选择。本文的创新点:1.采用数字式温度传感器芯片MAX6675构成温度测量仪,该芯片直接解决了热电偶测温的非线性化、冷端补偿等问题;2.MAX6675与单片机ATC52通过SPI接口通信,结构简单可靠;3.提出了进一步提高测量精度的措施。

程大学学报,2004,6:56~60

[2]苟新运,张禹,季仲梅.USB2.0接口芯片CY7C68013的固件程序开发[J].微计算机信息,2005,4:182~183

[3]袁卫,赵小明,张建奇.Ports模式下CY7C68013和FPGA的数据通信[J].单片机与嵌入式系统应用,2006,7:49~51

[4]李强,伍坚,姚冬苹.CY7C68013芯片的USB接口固件设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2006,10:70~72

编程及应用[M].北京:北京航[5]钱峰.EZ-USBFX2单片机原理、

空航天大学出版社,2006

作者简介:寇静(1980-)女汉族山西太原太原工业学院理学

系研究员硕士讲师负责数学与计算机相关研究

技术创新

参考文献

[1]MaximIntegrateProducts,Cold-Junction-compensationK-Thermocouple-to-DigitalConverter(0°Cto+1024°C)-MAX6675,2002

[2]赵亮.侯国锐编著,单片机C语言编程与实例[M]—北京:人民邮电出版社,2003.9。

[3]戴佳,戴卫恒编著,51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M]—北京:电子工业出版社2006.4。

[4]赵娜.赵刚.于珍珠等.基于51单片机的温度测量系统[J].微计算机信息,2007,2-1:146-148。

[5]来清民主编,传感器与单片机接口及实例[M]—北京:北京航空航天大学出版社,2008.1。

[6]雷霖编著,微机自动检测与系统设计[M]—北京:电子工业出版社,2003.4。

作者简介:许文斌(1977~),男(汉族),湖南岳阳人,长沙航空职业技术学院机械制造工程系副主任,讲师,硕士。主要从事计算机仿

真、检测技术、智能仪器仪表等领域的研究。

Biography:KOUJing(1980-),Female(Han),TaiyuanCity,ShanxiProvince,(TaiyuanInstituteofTechnology),Master,Lec-turer,ResearchonmathematicsandComputer.(030008太原太原工业学院理学系)寇静

(DepartmentofScience,TaiyuanInstituteofTechnology,Taiyuan,Shanxi030008,China)KOUJing

通讯地址:(030008山西省太原市迎新街太原工业学院理学系)

寇静

(收稿日期:2009.04.10)(修稿日期:2009.07.10)

Biography:XUWen-bin(1977-),Male(TheHanNationality),HuNanProvince,ChangShaAviationVacationTechnologyCol-lege,ViceDirector,Lecturer,Master.Studyinginfieldofcom-putesimulation,detecttechnology,intelligentapparatusandin-strumentsmainly.(410014长沙长沙航空职业技术学院)许文斌曾全胜(410000长沙中南大学)许文斌

(ChangShaAviationVacationTechnologyCollege,Changsha410014,China)XUWen-binZENGQuan-sheng(Centre-SouthUniversity,ChangSha,410000,China)XUWen-bin

通讯地址:(410014长沙市雨花区体院路348号长沙航空职业技术学院圭塘校区)许文斌

(收稿日期:2009.03.16)(修稿日期:2009.06.16)

(上接第122页)参考文献

[1]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[2]肖景和,赵建.无线电遥控组件及其应用电路[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[3]康华光.电子技术基础数字部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1999.

[4]扬帮文.新编传感器使用宝典.北京:机械工业出版社[M],2005,2005.

[5]倪星元,张志华.传感器敏感功能材料及应用[M].北京:化学工业出版社,2005.

[6]王增福,魏永明.新编线性直流稳压电源[M].北京:电子工业出版社,2004.

[7]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编[M].北京:北京理工大学出版社,2004;[81-123].[8]聂彩吉.国产VCD视盘机精讲精修[M].成都:西南交通大学出版社,1998.

[9]周群艳等.无线电监测软件的设计与实现[J].微计算机信息,2006,1(1):92-93.

作者简介:伍刚,(1963-)男,硕士,教授,主要研究方向是电磁场理论应用和电路设计与制作;周玉荣,(1968-)男,博士生,主要研

究方向是随机共振理论。

(上接第117页)本文作者创新点:本文提出了使用USB作为数据传输方式的地面测试台的设计方法。本设计采用高速USB单片机,使用端口模式,简单易学缩短了开发周期。

经济效益10万元。

参考文献

[1]刘延波,郑世强,王斌等.USB设备固件程序设计[J].信息工

-120-360元/年邮局订阅号：82-946Biography:WUGang(1963-)male,master,professor,mainlyfo-cusesonthetheapplicationofelectromagnetictheory,designandmanufactureofelectriccircuit.(617000四川攀枝花攀枝花学院)伍刚周玉荣(610054四川成都电子科技大学)周玉荣

(Panzhihuauniversity,Panzhihua,617000,China)WUGangZHOUYu-rong

(SchoolofElectronicEngineering,Chengdu610054,China)ZHOUYu-rong

通讯地址:(617000四川攀枝花学院电信学院)伍刚

(收稿日期:2009.03.09)(修稿日期:2009.06.09)

《现场总线技术应用200例》