楊 誠，郝潤生

（天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院，天津 300380）

道路自動(dòng)劃線車單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊 誠，郝潤生

（天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院，天津 300380）

針對(duì)目前公路劃線工作多由人工手推小車來完成、劃線車的自動(dòng)化水平較低的情況，提出了一種基于單片機(jī)控制的道路自動(dòng)劃線車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為核心控制器，單片機(jī)I/O口輸出的時(shí)序方波作為驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的控制信號(hào)；通過DS18B20溫度傳感器采集涂料的溫度，控制涂料的加熱過程；采用超聲波測量技術(shù)對(duì)劃線距離進(jìn)行測量；使用液晶屏顯示劃線的相關(guān)信息，搭建了控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件程序。實(shí)測結(jié)果驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的正確性及可行性。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)劃線車的自動(dòng)運(yùn)行控制、涂料自動(dòng)加熱、劃線類型選擇、涂料溫度和劃線距離顯示等功能，提升了道路劃線車的自動(dòng)化水平。

劃線車；單片機(jī)；直流電機(jī)；超聲波傳感器；DS18B20；溫度傳感器

0 引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，促進(jìn)了交通道路的發(fā)展。規(guī)范公路交通的方式有很多，道路標(biāo)線就是其中最有效的手段之一。最初采用的是人工手推噴涂小車劃線，而現(xiàn)在道路越來越多，這種道路標(biāo)線方式顯然無法滿足需求，質(zhì)量和效率也跟不上道路的快速發(fā)展［1］。

本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的道路自動(dòng)劃線車控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)主要包括溫度檢測輸入模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、加熱控制模塊、噴涂控制模塊和顯示模塊。系統(tǒng)的控制核心是51系列的單片機(jī)［2-6］。

劃線車的控制系統(tǒng)可以控制涂料自動(dòng)加熱。只有溫度檢測合格時(shí)，才能啟動(dòng)劃線工作。在劃線過程中，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測涂料的溫度?？刂葡到y(tǒng)還能根據(jù)所選定的劃線類型，通過控制電磁閥，控制噴嘴的開啟或關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)實(shí)線和虛線等不同線型的噴涂。除此之外，道路劃線車還具備顯示功能，可以顯示涂料溫度、行駛速度等信息。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文以STC89C52單片機(jī)作為自動(dòng)劃線車的控制器，其運(yùn)行速度相對(duì)來說更快、消耗的功率更低，更適用于復(fù)雜的工作環(huán)境，并且與MCS-51完全兼容。因?yàn)槌绦虻目刹列?，該控制器更適合開發(fā)試驗(yàn)，性價(jià)比高。

劃線車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直流電機(jī)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，不僅調(diào)速性能好、范圍廣，而且操作方便，可以承受持續(xù)的沖擊，能達(dá)到快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的目的。直流電機(jī)采用L293高電壓小電流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)運(yùn)行［7］。通過脈寬調(diào)制（pulse width modulation，PWM）方式，控制直流電機(jī)調(diào)速。該方法可以減少熱損耗，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)智能化的數(shù)字控制，降低成本。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of the system

涂料的溫度檢測采用溫度傳感器DS18B20［8-9］。它可以直接把測量到的實(shí)際溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的精度很高，操作簡單。測量溫度范圍為-55～+125℃，精度在0.1℃左右，不用額外供電。涂料的加熱系統(tǒng)采用自動(dòng)全封閉式加熱，在涂料箱中設(shè)置分組涂料箱，保證涂料的溫度的均勻。只需要對(duì)水浴中水的溫度進(jìn)行檢測，就可以控制涂料加熱系統(tǒng)。

測溫系統(tǒng)的溫度控制如圖2所示。

圖2 溫度控制示意圖Fig.2 Schematic diagram of temperature control

劃線距離采用超聲波進(jìn)行測量［10］。與激光測距、微波測距相比，超聲波測量距離技術(shù)成本低、比較容易實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單。超聲波測距就是利用其反射特性，超聲波的發(fā)射是通過工作頻率為40 kHz的多諧振蕩器電路實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)控制超聲波發(fā)生器發(fā)射超聲波，超聲波傳播后遇到障礙物反射回反射波；接收傳感器將接收到的反射波信號(hào)通過壓電轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)放大電路放大以及濾波電路處理后，轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，方波信號(hào)再經(jīng)單片機(jī)處理后在液晶屏幕上顯示測量的距離。

顯示系統(tǒng)采用LCD1062液晶屏，通過液晶屏同時(shí)顯示涂料的實(shí)時(shí)溫度和劃線距離。LCD1062液晶屏能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符，可以清楚顯示字母、數(shù)字等字符。它的功率、體積相對(duì)來說較小，顯示內(nèi)容卻很多。該系統(tǒng)在液晶屏第一行顯示涂料的實(shí)時(shí)溫度，第二行顯示劃線的距離。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。當(dāng)程序初始化后，先選定要?jiǎng)澗€的類型，然后調(diào)用溫度檢測子程序，進(jìn)行涂料的溫度檢測。若溫度檢測合格，則運(yùn)動(dòng)模塊、噴涂模塊、顯示模塊依次工作。

圖3 主程序流程圖Fig.3 Flowchart of the main program

涂料加熱后的溫度檢測和線型控制流程圖如圖4所示。系統(tǒng)通過溫度傳感器對(duì)涂料的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后將采集到的溫度測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較。如果溫度不達(dá)標(biāo)，則不允許進(jìn)行噴涂作業(yè)，需要對(duì)涂料進(jìn)行加熱，待涂料溫度達(dá)到設(shè)定值后方可進(jìn)行噴涂作業(yè)。

運(yùn)動(dòng)模塊主要是用來檢測劃線車的運(yùn)行距離的，通過超聲波測距方式實(shí)現(xiàn)對(duì)距離的測量，并顯示在液晶屏上。

噴涂模塊是劃線車的主要部分。通過LED燈來模擬噴涂。首先進(jìn)行劃線類型的選擇，選擇線型之后，對(duì)涂料進(jìn)行加熱。當(dāng)涂料溫度達(dá)到設(shè)定值之后，按下噴涂開關(guān)，小車自動(dòng)運(yùn)行并進(jìn)行噴涂，此時(shí)噴涂工作燈亮，表示正在進(jìn)行噴涂作業(yè)。系統(tǒng)經(jīng)過多次調(diào)試后，實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的功能。

圖4 溫度檢測和線型控制流程圖Fig.4 Flowchart of temperature detection and line type control

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52單片機(jī)的道路自動(dòng)劃線車控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為輸入模塊、溫度檢測模塊、加熱控制模塊、運(yùn)動(dòng)模塊、噴涂模塊。系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了溫度檢測、距離測量、線性控制模擬、顯示溫度距離等功能。但是，系統(tǒng)還有其他功能有待開發(fā)，比如噴嘴控制功能，可以噴涂箭頭文字；鍵盤輸入功能，可以輸入數(shù)據(jù)控制自動(dòng)劃線車進(jìn)行更多的任務(wù)等。

［1］李克，林金木.淺談新型公踐劃線車的開發(fā)［J］.湖南交通科技學(xué)報(bào)，1995（4）：26-28.

［2］陳國柱.基于PIC單片機(jī)的道路劃線車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.太原：太原理工大學(xué)，2007.

［3］陳連勇.基于DSP機(jī)器視覺道路劃線車定位系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

［4］葉凡.面向道路交通環(huán)境的參數(shù)檢測智能小車系統(tǒng)研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011.

［5］朱海星，方小坤，劉錚.兩種基于單片機(jī)的自動(dòng)小車設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2010，29（22）：22-24.

［6］夏斌，郭樹滿，郭朋彥，等.基于飛思卡爾單片機(jī)的光電智能小車設(shè)計(jì)［J］.華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，35（4）：75-78.

［7］祖一康，徐妙婧.基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.黃岡師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，32（6）：50-52.

［8］張曉芳.基于C51的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，20（4）：36-38.

［9］方玉鑫.基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2012.

［10］杜新珂.超聲波測距在智能導(dǎo)盲系統(tǒng)中的應(yīng)用［D］.南京：南京理工大學(xué)，2012.

Design of the Control System Based on Single Chip Machine for Automatic Road Line Marking Vehicle

YANG Cheng，HAO Runsheng
（Zhonghuan Information College，Tianjin University of Technology，Tianjin 300380，China）

At present，the job for highway line marking is mostly done manually with trolley，in view of the lower automation level of the line marking vehicle；a design scheme of automatic road line marking system based on single chip machine(SCM)is put forward.In this system，STC89C52 is adopted as the core controller，and the output of timing sequence square wave signal by the I/O port of SCM is used as the control signal to drive DC motor.The temperature of the coating is collected through DS18B20 temperature sensor for controlling the heating process of the coating.By using ultrasonic measurement technology，the distance of marking is measured；and the relevant information of the marking process is displayed on LCD panel.The hardware platform of control system is built，and the related software program is also designed.The results of practical tests verify the correctness and feasibility of the control system.It realizes the automatic operation control of the line marking vehicle，the automatic heating of the coating，the selection of line types，and the display of coating temperature and marking distance.It improves the automation level of road line marking vehicle.

Line marking vehicle；Single chip machine；DC motor；Ultrasonic sensor；DS18B20；Temperature sensor

TH-39；TP273

A

10.16086／j.cnki.issn1000-0380.201711011

修改稿收到日期：2017-07-15

楊誠（1992—），男，在讀本科生，主要從事電氣控制方向的研究。E-mail：896678219@qq.com。郝潤生（通信作者），男，碩士，副教授，主要從事電氣工程與智能控制方向的教學(xué)與研究工作。E-mail：haorunsheng1973@163.com。