自动控制小车软硬件的实现＊

隋美丽，杨立平，吕江毅，刘敏杰

（北京电子科技职业学院 汽车工程学院，北京100176）

在现代生活中，自动控制在生活、科研、军事等很多领域发挥了重要的作用。随着嵌入式技术和通信技术的迅猛发展，自动控制系统的功能和稳定性都得到了很大的提高。自动控制小车的研究涉及单片机与PC机通信接口问题、小车遥控器控制、直流电机的控制方式等［1］［2］，本文只是对在自动控制的情况下，线控小车控制系统的软硬件实现进行研究，实现小车前进、后退、转向和加减速等功能。

1 硬件设计

以STC12C5201AD单片机为核心，编写小车驱动程序，使其能接受线控器的控制功能，控制小车前进、后退、左转、右转、加速、减速、停止，并且在没有控制信号输出时，小车能保持静止状态［3］［4］。P1.6、P3.5和P2.1、P3.7控制小车两个后轮，舵机控制输出口为P2.5，小车采用RS－485总线协议来接收线控器命令，并与下载功能一起使用P3.0、P3.1口。图1为小车硬件电路图。

2 程序流程

小车控制程序接收端串口采用RS－485模式通信，通信参数规定为：波特率规定为19200，数据位为8位，停止位为1位，无奇偶校验，因此，线控器（发送端）也必须与接收端保持一致。线控器STC12C5202AD主控芯片也必须通过RS－485总线向小车发送命令来控制小车启停、转向、尾灯闪烁等。线控器与小车的通信控制协议（十六进制）为：

一个完整的控制命令包含14个字节控制信息，而这些信息中，对于某一小车而言，只有小车左轮转速（或小车右轮转速）、正反转/灯闪、舵机转角三个字节信息有效信息，因此，可以对数据包进行精简。但是，要想获得一个完整的控制命令包，可以选择接收30个字节数据（其中一定包含有一个完整的控制命令包），当接收到30个字节命令数据后，对数据进行提取，找出其中的关键性控制命令字。由于每次取30个字节，会丢失一些数据，但由于系统的主频较高，每秒接收大量的控制数据并处理，能够达到对小车的实时控制。

图1 小车电路图

系统主要依靠软件来完成控制命令的接收，数据的分离与提取、控制命令的执行。控制命令由串口负责接收，将系统晶振定为22.1184MHz，用定时器T1作为串口波特率发生器，为了提高传输的效率，我们把波特率定为119200bps，而不是常用的9600bps低速传输。如果小车端在接收串口命令时采用查询方式，经常会丢失数据，导致控制实时性较差，因此，本系统采用中断方式，一旦有控制命令传来，系统会立刻响应。对于舵机操作，由于要精确输出周期为20ms的PWM，其高电平范围在0.5ms～2.5ms之间，也必须采用精确定时来完成，在这里我们选用定时器中断方式来完成，否则会产生舵机控制抖动情况。而对于直流电机的速度控制，则采用了CPU等待延时方式，不使用定时器资源。串口控制命令接收流程如图2所示，小车驱动程序流程如图3所示。

图2 串口控制命令接收流程图

图3 小车驱动程序流程图

3 软件设计

小车驱动程序包含延时子程序、串口初始化子程序、串口接收子程序（中断方式）、小车后轮正反转子程序、定时器初始化子程序、舵机控制子程序和主函数等［5］。其实现代码如下所示：

4 结束语

在小车驱动的软件设计中，采用了模块化的设计思想，各模块间相互独立，实现功能时又能做到分工合作，经过实际测试，达到了预期设计指标，满足了线控要求，并且稳定性和抗干扰能力强，精度高，误差低，适用于车模竞赛、儿童玩具等各种应用场合，具有一定的推广应用价值。

［1］ 王建飞.基于单片机控制的自动往返小汽车的新设计［J］.现代与电子技术，2006，234（19）：127－129.

［2］ 郭立芝.一种自动往返小车设计与制作［J］.河南机电高等专科学校学报，2010，（3）：10－13.

［3］ 王强.遥控小车控制系统设计［D］.青岛理工大学，2011.

［4］ 王艳.基于51单片机的红外遥控小车设计和制作［J］.北京：电子制作，2010，（06）.

［5］ 张洪润，孙悦，张亚凡.单片机原理及应用［M］.北京：清华大学出版社，2010.