智能巡邏車系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：基于8位微控制單元(Micro Control Unit)MCU，通過設(shè)計(jì)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)巡邏車進(jìn)行遙控、自動(dòng)和尋跡三種模式的切換以及控制數(shù)據(jù)的采集周期。系統(tǒng)在該三種模式下完成了環(huán)境的溫度、濕度、火警、煙霧以及障礙物距離等參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，并且通過無線藍(lán)牙模塊與上位機(jī)進(jìn)行了良好通信。巡邏車移動(dòng)性強(qiáng)，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：微控制單元;采集;上位機(jī);模式

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展、極大的促進(jìn)了智能機(jī)器人的研究，其中智能移動(dòng)機(jī)器人占有重要地位、移動(dòng)機(jī)器人能完成人類在生產(chǎn)生活當(dāng)中不能完成的任務(wù)，可以替代人類完成一些特殊的任務(wù)，同時(shí)在生產(chǎn)生活及軍事等領(lǐng)域不僅需要能自動(dòng)控制的機(jī)器人，同時(shí)也需要具有數(shù)據(jù)采集，能隨時(shí)進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)等模式切換的智能移動(dòng)機(jī)器人。

智能巡邏車屬于移動(dòng)機(jī)器人的一種，利用藍(lán)牙傳輸無線數(shù)據(jù)，具有穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，經(jīng)過測(cè)試在空曠地可在20m范圍內(nèi)對(duì)巡邏車進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、在自動(dòng)、遙控、尋跡三種模式下可隨時(shí)切換并可以在各個(gè)模式下選擇手動(dòng)單個(gè)數(shù)據(jù)或自動(dòng)進(jìn)行所有數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集(可用上位機(jī)調(diào)周期)，上位機(jī)項(xiàng)目組采用Visual Basic進(jìn)行開發(fā)、與巡邏車兼容性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，巡邏車可用于工業(yè)環(huán)境中的多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、靈活壁障，及火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)，危險(xiǎn)氣體泄漏現(xiàn)場(chǎng)勘查等自然災(zāi)害。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本智能巡邏車以C89c51單片機(jī)作為核心，硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示，在惡劣的環(huán)境中巡邏車的穩(wěn)定性是非常重要的前提，所以巡邏車用四輪驅(qū)動(dòng)(單片機(jī)同時(shí)控制四個(gè)直流電機(jī))的方式作為底盤。巡邏車的結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，分別是電腦上位機(jī)和硬件系統(tǒng)組裝小車，電腦上位機(jī)用于顯示小車所在的工作環(huán)境下傳回周邊的環(huán)境參數(shù)及控制巡邏車的工作，保證實(shí)時(shí)的對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，巡邏車能用于在人為無法工作環(huán)境下工作。

2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)電路核心芯片L298N可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速，啟動(dòng)性能好，工作電壓高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)等特點(diǎn)，內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。根據(jù)L298M芯片的原理設(shè)計(jì)智能巡邏小車驅(qū)動(dòng)模塊。L298M的四個(gè)輸入接口的高低電平控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以及調(diào)節(jié)占空比來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2.2 電路穩(wěn)壓模塊

電源管理是智能車設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，它給系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行供電，可靠的電源設(shè)計(jì)是整個(gè)硬件電路穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。為保證電機(jī)驅(qū)動(dòng)和最小系統(tǒng)的正常工作，必須得加一個(gè)穩(wěn)壓電路，采用的是78M05貼片芯片，基本上能滿足89C52單片機(jī)和L298N芯片的基本要求。其原理圖如圖2示。

2.3 溫濕度模塊

溫濕度模塊是測(cè)量工作環(huán)境溫度和濕度的模塊，通過單片機(jī)實(shí)時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)。其原理圖設(shè)計(jì)如圖3示。

2.4 紅外對(duì)管模塊

紅外對(duì)管模塊是用于巡邏車切換在尋跡模式下進(jìn)行工作，當(dāng)巡邏車在軌跡之外時(shí)，可以自己尋找軌跡，當(dāng)找到軌跡時(shí)可以自動(dòng)進(jìn)入軌跡，其設(shè)計(jì)原理圖如圖4。

2.5 超聲波模塊

超聲波的功能主要分為兩個(gè)部分，分別是自動(dòng)測(cè)距模塊和壁障。用戶可以根據(jù)想要的功能進(jìn)行各種模式的切換。切換到自動(dòng)模式時(shí)，超聲波主要用于壁障，也可測(cè)距，切換為手動(dòng)模式時(shí)，超聲波主要用于數(shù)據(jù)的采集。此模塊與單片機(jī)實(shí)時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。其原理圖如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

Visusal Basic(VB)是一種可視化的編程語言，具有易學(xué)易用的優(yōu)點(diǎn)，在小型軟件設(shè)計(jì)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)采用VB開發(fā)上位機(jī)作為巡邏車的控制平臺(tái)，用計(jì)算機(jī)對(duì)車進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，該上位機(jī)軟件能將所有數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示在整屏上，顯示小車所在的工作環(huán)境并傳回周邊的環(huán)境參數(shù)及控制巡邏車的工作。首先初始化模塊，選擇通信端口，打開串行口，鏈接成功即上位機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，則打開串口程序結(jié)束。系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)采集流程圖如圖6所示，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖如圖7所示。

5 結(jié)論

本巡邏車基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、遙控、尋跡模式的切換，并且在三種模式下都能各自進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)的方式進(jìn)行距離、溫濕度、煙霧火焰等數(shù)據(jù)的采集，巡邏車能夠在特殊環(huán)境下代替人完成不能完成的任務(wù)，具有采集數(shù)據(jù)與移動(dòng)一體的靈活特性。