李建成 王功喆 劉春瑞

（濰坊科技學(xué)院，山東 濰坊262700）

無線遙控小車的研發(fā)雖然起始于上世紀(jì)，但是其發(fā)展應(yīng)用速度極快，已經(jīng)在反恐、防爆、防核及防污染等技術(shù)上得到應(yīng)用，其顯著的特點為體積小、成本低，同時具有一定的應(yīng)對惡劣環(huán)境的能力。本文設(shè)計與制作的智能小車是基于單片機原理的無線遙控智能小車，設(shè)計體現(xiàn)的主要為其智能性，可在1.5km 范圍內(nèi)通過無線遙控器指揮其前進和后退，主要應(yīng)用在火災(zāi)現(xiàn)場勘探、交通事故勘測以及危險氣體現(xiàn)場檢測上。

1 無線遙控智能小車系統(tǒng)組成

本文設(shè)計的無線智能遙控小車組成系統(tǒng)分為兩部分，即手持設(shè)備與車體。手持部分主要是遙控裝置，包含了單片機模塊、供電電路、顯示模塊、晶振電路、復(fù)位電路等，其系統(tǒng)的工作流程如下圖1 所示：

圖1 手持設(shè)備設(shè)計流程圖

車體部分主要由無線管理模塊、整體信息顯示模塊、測距管制模塊、直流電動驅(qū)動模塊以及小車障礙物檢測模塊組成，系統(tǒng)的工作流程如下圖2 所示：

圖2 車體設(shè)備設(shè)計流程圖

2 基于單片機的智能小車系統(tǒng)架構(gòu)原理

2.1 智能系統(tǒng)采用無線管理模式

無線智能模式是提高智能小車運動性的前提，在設(shè)計與制作中，優(yōu)化了各個疏導(dǎo)節(jié)點，比如采用了雙工交流模式與APC220 模塊對智能系統(tǒng)進行了優(yōu)化，從而讓指令與協(xié)調(diào)坐標(biāo)的制作更加靈活和簡單。利用智能無線管理的模式，可以實現(xiàn)在固定波特率空間內(nèi)對小車發(fā)送的無線數(shù)據(jù)進行傳輸，而且過渡交接的質(zhì)量比較穩(wěn)固，小車整個運動過程耗電量水平較低。很多無線管理系統(tǒng)內(nèi)部存在數(shù)據(jù)積累嚴(yán)重的弊端，為了可以解決該類問題，可以在終端設(shè)置疏通流程中對小車進行100 字節(jié)的間隔調(diào)試，為了保證小車運動的靈活性，頻率不得低于360ms。當(dāng)小車系統(tǒng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，直接將數(shù)據(jù)傳輸給SNUF 寄存器，無線模塊APC220 引腳P30 位置則接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)APC 的自動發(fā)送，接收端同樣的將接受到的數(shù)據(jù)從引腳P31位置輸入給單片機，程序通過SBUF 寄存器讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.2 整體信息顯示模塊

設(shè)置整體信息顯示模塊，可以避免數(shù)據(jù)源產(chǎn)生偏差，實現(xiàn)整機運行的高效性。在模塊設(shè)計中，可以將小車中的液晶顯示接口與驅(qū)動媒介進行協(xié)調(diào)，對現(xiàn)場的各種管制數(shù)據(jù)進行近端和遠(yuǎn)端的直接測量。為了保證單片機的工作效率，可以將設(shè)備引腳位置與單片機實現(xiàn)精密連接，在電平脈沖搭配上，單片機也可以與另一復(fù)位模式引腳進行配合，這樣就能保證小車運行整體信息的顯示。在整體的復(fù)位操控過程中，要按照設(shè)置的模組進行10ms 的電平灌輸，并對模組的功能進行重組，保證小車現(xiàn)場串行接口輸入質(zhì)量的效力，減少數(shù)據(jù)源的偏差。本設(shè)計利用MzLH03-12864 的串行接口搭配媒介資源，小車機理運行的最高時頻效率整體維持在了4.4MHz 范圍之下，整體性能較高。該模塊的外圍電路原理圖如下圖3 所示。

圖3 整體信息顯示模塊外圍電路圖

2.3 利用超聲格式設(shè)置測距管制單位

小車實際物理距離計算是智能系統(tǒng)的設(shè)計主要內(nèi)容，本設(shè)計主要采用的模塊系統(tǒng)是DYP-ME007 模塊，可以實現(xiàn)小車運動過程中對各個障礙點的距離測試和計算，而測量的物理手段是采用超聲波的形式，對目標(biāo)聲源的空間進行全部覆蓋測量。

2.4 直流電動驅(qū)動模塊

直流電動驅(qū)動是本設(shè)計智能小車的驅(qū)動系統(tǒng)。在具體的操控中，技術(shù)人員可執(zhí)行特定的電機管制任務(wù)，將小車內(nèi)的主控芯片與思路輸出節(jié)點進行匹配，為了保證運行的暢通性，可以聯(lián)合8 個二極管對小車進行續(xù)流渠道的保護。在該種驅(qū)動模塊下，任何形式的二進制編碼過程可讓電機處在不同的工作狀態(tài)下，結(jié)合濾波處理相關(guān)技術(shù)可實現(xiàn)空間的調(diào)停，有助于完善現(xiàn)場工序搭接的穩(wěn)定性。該模塊的外圍電路原理圖如圖4 所示。

圖4 直流電動驅(qū)動模塊外圍電路圖

2.5 電子指南針模塊

在設(shè)置后坐標(biāo)自動讓小車運行時，可以每隔一定的時間讓指南針去修正超聲波傳感器的位置，這樣就能用超聲波傳感器測量定位小車的位置，及時將數(shù)據(jù)回傳給單片機。電子指南針模塊采用的是GY-26，屬于低成本平面數(shù)字羅盤，其優(yōu)勢是輸入電壓低、功效較小。工作原理為：利用磁傳感器中的兩個相互垂直軸同時感應(yīng)地球磁場的磁分量，從而得出方位的具體角度，該指南針模塊采用RS 協(xié)議和IIC 協(xié)議與其它設(shè)備實現(xiàn)通信。將該電子指南針模塊用于小車主體中，不僅具有標(biāo)定位置的功能，而且能夠在任何位置找到合適的方位角，輸出的波特率為9600bps，可以連續(xù)輸出，也可以詢問輸出，同時也具備了磁偏角補償功能，可以滿足小車不同的工作環(huán)境。

2.6 小車障礙物檢測模塊

本模塊主要是利用反射式光耦對現(xiàn)場空間進行改造。檢測模塊采用了LM324 電壓比較設(shè)備，在疏導(dǎo)的過程中，當(dāng)三腳位置電平超過二腳位置的電平數(shù)量時，那么單片機就會自動在二腳位置輸出高電平，相反則是輸出穩(wěn)固的低電平。在設(shè)置電平的取值范圍時，要結(jié)合LM324 兩腳電平數(shù)值對單片機設(shè)置的數(shù)據(jù)進行科學(xué)的檢定，為了保證檢定的準(zhǔn)確性，可將電位器與后續(xù)節(jié)點的兩腳電壓統(tǒng)一設(shè)置為3V。在避障電路的設(shè)置中，主要集中在小車前部左右的兩端，這樣做可以將小車四周的障礙物進行全面的檢測。該模塊具體的工作原理為：運行中未出現(xiàn)障礙物時，不激發(fā)紅外線反射功能，光敏三極管也起到截止作用，LM324 的3 腳在R16 的作用下會出現(xiàn)上拉效應(yīng)，使得高電平（5V）高于2 腳電壓（3V），及時的將高電平輸出。如果小車在運行中遇到障礙物，這個時候紅外線就會產(chǎn)生發(fā)射作用，光敏三極管實現(xiàn)導(dǎo)通，這個時候進行3 腳接地質(zhì)量檢測，將會小于2 腳電壓（3V），從而輸出低電平。因此，該模塊主要是利用單片機根據(jù)電平的變化來判斷小車周邊有無障礙物，左右兩邊遇到障礙物時，小車都會向相反的方向轉(zhuǎn)向，從而保證運行的安全性。

3 對小車運行進行協(xié)調(diào)管制程序設(shè)計

在小車整體程序設(shè)計中，主要包含了手持裝備和運動機械兩種工序。單片機可以利用無線連接媒介對電化初始數(shù)據(jù)進行顯示處理，同時利用此種功能穩(wěn)固串行接口，之后則是聯(lián)合主動管制軟體對按鍵功能進行循環(huán)的監(jiān)測，保證手持設(shè)備運行的持續(xù)性。在這里需要特別提醒的是，若是再調(diào)試流程中對按鍵部分的功能進行激發(fā)，那么有關(guān)串行口的數(shù)據(jù)就會得到重新的調(diào)用，將小車運行的數(shù)據(jù)直接的整合，將其顯示在計算機終端上。單片機經(jīng)過了電化工藝的調(diào)整后，其特定的無線模塊與超聲波裝置會跟隨串行接口調(diào)試基準(zhǔn)進行遠(yuǎn)程的信息管理，使小車前進與后退動作順利的執(zhí)行。單片機對數(shù)據(jù)進行整合之后會與無線終端進行溝通，等到小車的整體操控性達到要求時，小車?yán)^續(xù)前進或者后退。

4 對測試結(jié)構(gòu)進行綜合分析

4.1 應(yīng)用到的測試媒介

對小車進行功能性測試，用到的歸控工具包括：刻度尺、秒表、卷尺等。

4.2 測試方法

為了保證測試過程的準(zhǔn)確性，該流程測試方法的運用包括：一是，當(dāng)小車運行在空曠的區(qū)域時，可以開啟控制電源，利用無線手持設(shè)備對小車進行控制，一直達到小車定位信號響應(yīng)為止。二是，將小車放在130cm×130cm 面積大小的平整木板上，在木板中間設(shè)置X 軸和Y 軸，設(shè)置好坐標(biāo)后，讓小車自動運行到該位置上，利用這種方法檢定終點位置上小車精確管控的效果。

4.3 測試結(jié)果和結(jié)論

經(jīng)過多次的反復(fù)測試，無線遙控器可以在1.5km 內(nèi)對小車進行操控，小車運行狀態(tài)良好，未發(fā)生碰撞和路線偏移情況，在遇到障礙物是能夠及時左右掉頭，在既定區(qū)域坐標(biāo)檢定范圍與顯示媒介的交流輔助下，無線遙感裝置能夠非常方便的穩(wěn)定消除行駛路線，操作誤差在可控的范圍之內(nèi)。

結(jié)束語

綜上所述，智能機器人在各領(lǐng)域應(yīng)用的逐漸增多，提高了生產(chǎn)生活效率。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，無線遙控智能小車在反恐、防爆以及防污染等領(lǐng)域應(yīng)用越來越多，滿足了多樣化的需求。通過設(shè)計相關(guān)的小車運行模塊和反復(fù)的測試，無線遙控小車在1.5mk 內(nèi)運行情況較好，手持遙控器在給定坐標(biāo)之后，小車能夠快速的找到目標(biāo)地并到達指定的地點，定點的誤差同樣較小。此外，通過設(shè)置障礙物檢測模塊，小車可以完成行駛、反饋和尋找目標(biāo)的多種功能，定位和防撞效果非常好，最終實現(xiàn)了在多種環(huán)境下的高效運行的目標(biāo)。