智能巡邏車(chē)系統設計與實(shí)現

摘要：基于8位微控制單元(Micro Control Unit)MCU，通過(guò)設計上位機實(shí)現了對巡邏車(chē)進(jìn)行遙控、自動(dòng)和尋跡三種模式的切換以及控制數據的采集周期。系統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的數據采集，并且通過(guò)無(wú)線(xiàn)藍牙模塊與上位機進(jìn)行了良好通信。巡邏車(chē)移動(dòng)性強，能夠實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集數據，具有數據傳輸穩定的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：微控制單元;采集;上位機;模式

1 引言

隨著(zhù)計算機技術(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)了智能機器人的研究，其中智能移動(dòng)機器人占有重要地位、移動(dòng)機器人能完成人類(lèi)在生產(chǎn)生活當中不能完成的任務(wù)，可以替代人類(lèi)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)控制的機器人，同時(shí)也需要具有數據采集，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)機器人。

智能巡邏車(chē)屬于移動(dòng)機器人的一種，利用藍牙傳輸無(wú)線(xiàn)數據，具有穩定性強的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)測試在空曠地可在20m范圍內對巡邏車(chē)進(jìn)行數據的傳輸、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)數據或自動(dòng)進(jìn)行所有數據的動(dòng)態(tài)采集(可用上位機調周期)，上位機項目組采用Visual Basic進(jìn)行開(kāi)發(fā)、與巡邏車(chē)兼容性強、數據傳輸穩定，巡邏車(chē)可用于工業(yè)環(huán)境中的多點(diǎn)數據采集、靈活壁障，及火災現場(chǎng)探測，危險氣體泄漏現場(chǎng)勘查等自然災害。

2 系統硬件設計

本智能巡邏車(chē)以C89c51單片機作為核心，硬件系統框圖如圖1所示，在惡劣的環(huán)境中巡邏車(chē)的穩定性是非常重要的前提，所以巡邏車(chē)用四輪驅動(dòng)(單片機同時(shí)控制四個(gè)直流電機)的方式作為底盤(pán)。巡邏車(chē)的結構分為兩個(gè)部分，分別是電腦上位機和硬件系統組裝小車(chē)，電腦上位機用于顯示小車(chē)所在的工作環(huán)境下傳回周邊的環(huán)境參數及控制巡邏車(chē)的工作，保證實(shí)時(shí)的對工作環(huán)境進(jìn)行檢測，巡邏車(chē)能用于在人為無(wú)法工作環(huán)境下工作。

2.1 電機驅動(dòng)模塊

驅動(dòng)電路核心芯片L298N可以實(shí)現電機正反轉調速，啟動(dòng)性能好，工作電壓高，啟動(dòng)轉矩大，可同時(shí)驅動(dòng)兩個(gè)電機等特點(diǎn)，內含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅動(dòng)器，可以驅動(dòng)兩臺直流電機。根據L298M芯片的原理設計智能巡邏小車(chē)驅動(dòng)模塊。L298M的四個(gè)輸入接口的高低電平控制電機的正轉和反轉，以及調節占空比來(lái)控制電機的轉速。

2.2 電路穩壓模塊

電源管理是智能車(chē)設計中的重要環(huán)節，它給系統的各個(gè)模塊進(jìn)行供電，可靠的電源設計是整個(gè)硬件電路穩定運行的基礎。為保證電機驅動(dòng)和最小系統的正常工作，必須得加一個(gè)穩壓電路，采用的是78M05貼片芯片，基本上能滿(mǎn)足89C52單片機和L298N芯片的基本要求。其原理圖如圖2示。

2.3 溫濕度模塊

溫濕度模塊是測量工作環(huán)境溫度和濕度的模塊，通過(guò)單片機實(shí)時(shí)返回數據。其原理圖設計如圖3示。

2.4 紅外對管模塊

紅外對管模塊是用于巡邏車(chē)切換在尋跡模式下進(jìn)行工作，當巡邏車(chē)在軌跡之外時(shí)，可以自己尋找軌跡，當找到軌跡時(shí)可以自動(dòng)進(jìn)入軌跡，其設計原理圖如圖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)測距模塊和壁障。用戶(hù)可以根據想要的功能進(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，也可測距，切換為手動(dòng)模式時(shí)，超聲波主要用于數據的采集。此模塊與單片機實(shí)時(shí)的進(jìn)行數據傳輸和通信。其原理圖如圖5所示。

3 軟件設計

Visusal Basic(VB)是一種可視化的編程語(yǔ)言，具有易學(xué)易用的優(yōu)點(diǎn)，在小型軟件設計方面具有較大的優(yōu)勢，本設計采用VB開(kāi)發(fā)上位機作為巡邏車(chē)的控制平臺，用計算機對車(chē)進(jìn)行數據的采集，該上位機軟件能將所有數據動(dòng)態(tài)顯示在整屏上，顯示小車(chē)所在的工作環(huán)境并傳回周邊的環(huán)境參數及控制巡邏車(chē)的工作。首先初始化模塊，選擇通信端口，打開(kāi)串行口，鏈接成功即上位機進(jìn)入工作狀態(tài)，則打開(kāi)串口程序結束。系統軟件數據采集流程圖如圖6所示，仿真實(shí)驗結果圖如圖7所示。

5 結論

本巡邏車(chē)基于單片機實(shí)現自動(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、煙霧火焰等數據的采集，巡邏車(chē)能夠在特殊環(huán)境下代替人完成不能完成的任務(wù)，具有采集數據與移動(dòng)一體的靈活特性。