辛王毅，李宇棟

(上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海201306)

基于C＃與Proteus雙輪電機串口通信系統(tǒng)仿真

辛王毅，李宇棟

(上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海201306)

介紹了以8051單片機為控制芯片.利用C＃編寫的上位機為控制平臺.通過發(fā)送指令實現(xiàn)小車前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn).結(jié)合PWM脈寬調(diào)制技術(shù)調(diào)節(jié)雙輪電機轉(zhuǎn)速.實現(xiàn)了小車靈活運行.通過Proteus軟件對整個系統(tǒng)進行了測試.結(jié)果表明上位機可以對單片機控制的小車進行有效的操控.小車上裝有DS18B20溫度探測器.對冷庫、車間溫度探測起到幫助作用.

C＃；PWM脈寬調(diào)制；串口通信；單片機；DS18B20

51單片機具有性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單等特點.一直是單片機愛好者最先學(xué)習(xí)的一款芯片.通過外圍數(shù)字器件或模擬器件的協(xié)調(diào).可以發(fā)揮出其自身強大功能.

C＃是一種面向?qū)ο蠛皖愋桶踩某绦蛟O(shè)計語言[1－3].它具有相當嚴格的面向?qū)ο蟮奶攸c.C＃吸收了傳統(tǒng)各種語言的優(yōu)點.是迄今為止最為優(yōu)秀的語言之一.Microsoft公司也宣稱.C＃是開發(fā)框架應(yīng)用程序的最好語言.使用這兩者的優(yōu)點.可以快速便捷的對下位機和上位機

進行開發(fā).并實現(xiàn)功能.

1 上位機工作原理

結(jié)合單片機電路圖，對要實現(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的功能進行預(yù)編碼[4－13].分別設(shè)置4個局變量數(shù)組.可以方便在后面的事件中調(diào)用.使用C＃中的SerialPort控件對串口通信進行開發(fā).實現(xiàn)對下位機的溫度讀取及雙電機狀態(tài)和速度的指令發(fā)送.具體流程如圖1所示.

圖1 上位機工作流程圖Fig.1 Upper monitor flowsheet

2 單片機設(shè)計

本次設(shè)計采用C語言編程.利用Keil軟件完成在線調(diào)試.在主程序中完成了1602液晶顯示、定時器重裝初值初始化.進入While循環(huán)等待上位機發(fā)送指令.接受指令后與P1口進行if判斷.通過上位機的預(yù)編碼.小車直行時P1口輸出序列為:0XAA、0XBA、0XCA、0XDA、0XEA、0XFA.后退時P1口輸出序列為:0XA5、0XB5、0XC5、0XD5、0XE5、0XF5，左轉(zhuǎn)彎時P1口輸出序列為:0XA9、0XB9、0XC9、0XD9、0XE9、0XF9.右轉(zhuǎn)彎時P1口輸出序列為:0XA6、0XB6、0XC6、0XD6、0XE6、0XF6.停止時P1口輸出序列為0XFF.并將小車當前狀態(tài)通過1602液晶顯示.在子程序中完成了DS18B20環(huán)境溫度采集并實時發(fā)送給上位機.可以準確得到當前環(huán)境溫度.為了降低單片機功耗.停止時通過設(shè)置電源管理寄存器PCON為0X01使單片機進入掉電模式.啟動時才用外部中斷喚醒.單片機中T0定時器流程如圖2所示.

表1 前進檔位與1602液晶顯示電機轉(zhuǎn)速值Tab.1 Forward Gear and 1602 LCD display motor speed

3 整體流程圖

整體流程圖見圖2.

4 PWM調(diào)速原理

PWM是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫.利用單片機的定時器來定時進行高、低電平變換.從而改變直流電機電樞上電壓“占空比”達到改變平均電壓的目的.在硬件電路電機專用驅(qū)動模塊L298輸入口IN1－4分別與單片機的P2＾0－P2＾3相連.在軟件設(shè)置中定時器的頻率為1KHZ，周期為1 ms，電動機轉(zhuǎn)速可以分為空擋到六檔.定時器定時到100 us時清零.并于上位機發(fā)送來的指令進行比較.當小于上位機的指令時單片機輸出低電平.高于時輸出高電平.來實現(xiàn)電機調(diào)速.通過上位機發(fā)送的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)指令來變換L298輸入口的高低電平從而實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向功能.PWM脈沖波形如圖3所示.

圖2 單片機T0定時器流程圖Fig.2 SCM T0 Timer flowsheet

圖3 直行占空比為51%的PWM波形和左轉(zhuǎn)占空比為44%的PWM波形Fig.3 Forward and Port PWM wave form when duty ratio are 51%and 44%

5 串口通信技術(shù)

隨著單片機的廣泛應(yīng)用和計算機技術(shù)的普及.單片機的通信功能愈來愈顯得重要.51單片機的串口通信是一個可編程全雙工的通信接口.能同時進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接受.內(nèi)部有兩個獨立的SBUF數(shù)據(jù)緩沖寄存器(一個發(fā)送緩沖寄存器.一個接收緩沖寄存器).為了實現(xiàn)上位機與單片機的串口通信.需要借助虛擬串口軟件VSPD XP 7.2.在虛擬串口軟件中可以添加成對的COM口.在上位機中選擇COM1口.設(shè)置波特率為9600bps.在Proteus軟件中設(shè)置COMPIM為COM2口.波特率為9 600 bps.通過虛擬串口軟件實現(xiàn)單片機與上位機指令的發(fā)送與信息返回.異步傳輸串口通信如圖4所示.虛擬串口軟件界面如圖5所示.

圖4 單片機與COMPIM串口連接Fig.4 SCM and COMPIM serial port connect

圖5 虛擬串口軟件界面Fig.5 Virtual serial port software interface

6 聯(lián)機調(diào)試

聯(lián)機調(diào)試是在上位機與Proteus中通過虛擬串口實現(xiàn)的.在Kile軟件中編寫好程序并生成.hex文件加載到8051單片機中.設(shè)置單片機晶振頻率為11.0592MHZ，通過上位機發(fā)送指令改變P1口高低電平實現(xiàn)小車變向.通過T0定時器改變PWM脈沖占空比實現(xiàn)調(diào)速功能.整體調(diào)試原理如圖6所示.

圖6 整體調(diào)試原理圖Fig.6 Schematic diagram of commission

按下上位機控制面板“急?！焙汀白筠D(zhuǎn)”鍵.小車1602液晶顯示屏顯示如圖7和圖8所示.

7 CATIA三維建模

電動小車是一種無污染環(huán)保的綠色小車.在小車設(shè)計中電機選型為JGB37－550(130RPM)，車輪為直徑65mm的橡膠輪.采用雙電機前驅(qū)的驅(qū)動方式.整體效果圖如圖9所示.

圖7 停止時1602液晶顯示Fig.7 1602 LCD display when stop

圖8左轉(zhuǎn)時1602液晶顯示Fig.8 1602 LCD display when port

8 結(jié)論

本文以8051為核心控制芯片.采用C＃上位機為控制平臺.在Kile軟件上實現(xiàn)了雙輪小車程序最優(yōu)算法.實現(xiàn)了小車靈活變速及轉(zhuǎn)向功能.在Proteus軟件中進行了硬件仿真.借助虛擬串口實現(xiàn)了上位機與單片機串口通信技術(shù).在仿真過程中電機可以快速響應(yīng)上位機指令.達到了理想效果.利用Proteus與Kile軟件在線仿真可以避免開發(fā)過程中的未知問題.對減少開發(fā)周期有很大幫助.值得推廣；在智能小車中裝有DS18B20溫度探測器.可以對環(huán)境溫度進行探測并實時反饋給上位機.在冷庫、大型車間具有應(yīng)用價值.

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責任編輯:時 凌

Simulation of Dual－Wheel Motor Serial Port Communication System Based on C＃and Proteus

XIN Wangyi，LI Yudong
(College of Merchant Marine，Shanghai Maritime Univiversity，Shanghai 201306，China)

This paper based on With 8051 SCM(single－chip microcomputer)as the control chip and the upper computer programmed with language C＃as the monitor platform，sending instructions can make car move forward or backward，turn left or right.The car can move flexiblywith PWM(pulse－width modulation)modulating the rotating speed of the dual－wheel motor.The whole system is tested by Proteus software，and the result indicates that the upper monitor can efficiently operate the car controlled by SCM. The temperature sensor is installed on the car and it can help to detect the temperature in the freezer and workshop.

C＃；PWM(pulse－width modulation)；serial port communication；SCM；DS18B20

TM33

A

1008－8423(2017)01－0059－04

10.13501/j.cnki.42－1569/n.2017.03.014

2016－11－16.

國家自然科學(xué)基金項目(NSFC61403250).

辛王毅(1990－)，男，碩士生，主要從事嵌入式開發(fā)的研究.