隋美麗，楊立平，呂江毅，劉敏杰

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，北京100176）

在現(xiàn)代生活中，自動(dòng)控制在生活、科研、軍事等很多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。隨著嵌入式技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性都得到了很大的提高。自動(dòng)控制小車的研究涉及單片機(jī)與PC機(jī)通信接口問題、小車遙控器控制、直流電機(jī)的控制方式等［1］［2］，本文只是對(duì)在自動(dòng)控制的情況下，線控小車控制系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向和加減速等功能。

1 硬件設(shè)計(jì)

以STC12C5201AD單片機(jī)為核心，編寫小車驅(qū)動(dòng)程序，使其能接受線控器的控制功能，控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速、減速、停止，并且在沒有控制信號(hào)輸出時(shí)，小車能保持靜止?fàn)顟B(tài)［3］［4］。P1.6、P3.5和P2.1、P3.7控制小車兩個(gè)后輪，舵機(jī)控制輸出口為P2.5，小車采用RS－485總線協(xié)議來接收線控器命令，并與下載功能一起使用P3.0、P3.1口。圖1為小車硬件電路圖。

2 程序流程

小車控制程序接收端串口采用RS－485模式通信，通信參數(shù)規(guī)定為：波特率規(guī)定為19200，數(shù)據(jù)位為8位，停止位為1位，無奇偶校驗(yàn)，因此，線控器（發(fā)送端）也必須與接收端保持一致。線控器STC12C5202AD主控芯片也必須通過RS－485總線向小車發(fā)送命令來控制小車啟停、轉(zhuǎn)向、尾燈閃爍等。線控器與小車的通信控制協(xié)議（十六進(jìn)制）為：

一個(gè)完整的控制命令包含14個(gè)字節(jié)控制信息，而這些信息中，對(duì)于某一小車而言，只有小車左輪轉(zhuǎn)速（或小車右輪轉(zhuǎn)速）、正反轉(zhuǎn)/燈閃、舵機(jī)轉(zhuǎn)角三個(gè)字節(jié)信息有效信息，因此，可以對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行精簡(jiǎn)。但是，要想獲得一個(gè)完整的控制命令包，可以選擇接收30個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（其中一定包含有一個(gè)完整的控制命令包），當(dāng)接收到30個(gè)字節(jié)命令數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，找出其中的關(guān)鍵性控制命令字。由于每次取30個(gè)字節(jié)，會(huì)丟失一些數(shù)據(jù)，但由于系統(tǒng)的主頻較高，每秒接收大量的控制數(shù)據(jù)并處理，能夠達(dá)到對(duì)小車的實(shí)時(shí)控制。

圖1 小車電路圖

系統(tǒng)主要依靠軟件來完成控制命令的接收，數(shù)據(jù)的分離與提取、控制命令的執(zhí)行?？刂泼钣纱谪?fù)責(zé)接收，將系統(tǒng)晶振定為22.1184MHz，用定時(shí)器T1作為串口波特率發(fā)生器，為了提高傳輸?shù)男剩覀儼巡ㄌ芈识?19200bps，而不是常用的9600bps低速傳輸。如果小車端在接收串口命令時(shí)采用查詢方式，經(jīng)常會(huì)丟失數(shù)據(jù)，導(dǎo)致控制實(shí)時(shí)性較差，因此，本系統(tǒng)采用中斷方式，一旦有控制命令傳來，系統(tǒng)會(huì)立刻響應(yīng)。對(duì)于舵機(jī)操作，由于要精確輸出周期為20ms的PWM，其高電平范圍在0.5ms～2.5ms之間，也必須采用精確定時(shí)來完成，在這里我們選用定時(shí)器中斷方式來完成，否則會(huì)產(chǎn)生舵機(jī)控制抖動(dòng)情況。而對(duì)于直流電機(jī)的速度控制，則采用了CPU等待延時(shí)方式，不使用定時(shí)器資源。串口控制命令接收流程如圖2所示，小車驅(qū)動(dòng)程序流程如圖3所示。

圖2 串口控制命令接收流程圖

圖3 小車驅(qū)動(dòng)程序流程圖

3 軟件設(shè)計(jì)

小車驅(qū)動(dòng)程序包含延時(shí)子程序、串口初始化子程序、串口接收子程序（中斷方式）、小車后輪正反轉(zhuǎn)子程序、定時(shí)器初始化子程序、舵機(jī)控制子程序和主函數(shù)等［5］。其實(shí)現(xiàn)代碼如下所示：

4 結(jié)束語

在小車驅(qū)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì)中，采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，各模塊間相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)功能時(shí)又能做到分工合作，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足了線控要求，并且穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)，精度高，誤差低，適用于車模競(jìng)賽、兒童玩具等各種應(yīng)用場(chǎng)合，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 王建飛.基于單片機(jī)控制的自動(dòng)往返小汽車的新設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代與電子技術(shù)，2006，234（19）：127－129.

［2］ 郭立芝.一種自動(dòng)往返小車設(shè)計(jì)與制作［J］.河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010，（3）：10－13.

［3］ 王強(qiáng).遙控小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.青島理工大學(xué)，2011.

［4］ 王艷.基于51單片機(jī)的紅外遙控小車設(shè)計(jì)和制作［J］.北京：電子制作，2010，（06）.

［5］ 張洪潤(rùn)，孫悅，張亞凡.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.