基于单片机系统控制的多功能信息采集车

李榆华 韩 鹏 刘婉婉

（阜阳师范学院计算机与信息工程学院，安徽 阜阳236000）

硬件系统的良好性是决定一个多功能智能车稳定运行的前提条件。在本论文所研究的智能车的控制系统主要由主处理器核心控制模块、太阳能电源充放电管理模块、电机驱动及控制转向模块、信息采集及发送模块等模块组成，智能车能够稳定可靠运行是在软件和硬件模块的协同工作为基础的。

1 太阳能充放电模块

多功能信息采集车的电源管理模块式该车设计的亮点之一，主要采用了当前最清洁的能源---太阳能来为它供电以及给电池的进行充电。太阳能充放电电路的选择成为本课题的难点之一，因为小车主要控制芯片的电压至少要在7.2V左右才能进行正常的工作，如果电压偏低的话，会直接导致采集的信息发生错误。为了保证该电路的控制模块达到小车的主控芯片的正常工作电压和不影响小车的主要信息采集，我们查阅多种资料和实际进行多次试验，决定采用如下的电路来实现这一过程。在这一电路中，我们采用了STC12C5412AD单片机，该芯片带有4路PWM输出，8路10位A/D，用来采集系统中所需要处理的模拟信号，然后根据项目实现功能进行相应的控制[1]。（PV-—太阳能电池板的负极。PV+—太阳能电池板的正极。Vcc(12)-蓄电池正极。BTA-—蓄电池的负极。FU+—负载正极。FU-—负载负极。其中，PV+,VCC(12v),和FU+连接在一起）。（JCPV接单片机A/D输入口，ADC1接单片机P1.1，用于单片机控制负载通断等）电源转换及控制部分电路如图1所示。

图1

2 自动避障模块

多功能小车作为户外作业的主要工具之一，遇到各种各样的障碍物是避免不了的。当在行进过程中遇到障碍物时，首先重要的是检测到障碍物，同时需要对障碍物是否妨碍行动进行进一步判断，最后达到避开障碍物的目的。因此，设计出一个既简单又实用，且能够快速识别障碍物的避障系统是非常有必要和有现实意义的。在我们智能车研究制作的过程中可以利用线性CCD、超声波传感器及红外对管进行道路信息的采集。根据我们实际对这几种传感器进行大量的实验，我们得出如果利用超声波模块的话，存在着一定的弊端。例如,当障碍物的表面不够大或表面不够光滑时会发生误判，有时单片机甚至不能对此对出反应。但是如果我们利用红外反射式传感器时，当遇到障碍物时，从红外传感器发出的红外不可见光就被反射回来，接收二极管检测到，这段时间是极短的，因此小车能很快的做出反应从而达到避开障碍物的效果。电路如图2所示：

图2

3 信息采集模块

我们知道在进行勘探作业时，有些地方的因素并不能确定下来，如：山谷、山洞、溶洞、遭受过严重污染的地区等等，一旦工作人员进去后，很有可能因为不确定的因素而导致生命的危险，为此我们应采用一些常用的传感器来获得这些不确定的因素，从而保障人的生命安全。如：DHT11数字温湿度传感器是我们实验室常用的，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。再如TGS4160二氧化碳传感器，它具有一些很好的特点，例如体积小、寿命长、选择性和稳定性好，还具有耐高湿低温的特性，因此被我们广泛用于自动通风换气的系统或是长期监测CO2气体浓度等。但是特性再好的传感器也会有自身的缺点，比如说TGS4160传感器的缺点在于预热时间较长（一般为2小时左右）[3]。我们综合以上各传感器的使用特性，将该器件安装在小车上还是比较适合于小车在户外进行长期稳定的作业。

4 图像采集模块

图像采集时该车主要的也是重要的功能之一，因此图像的清晰度、亮度会不会受到外界的干扰就显得十分重要。图像采集模块相当于智能车控制系统的眼睛，通过对不同道路路况的信息采集也决定了MCU控制模块发出的不同指令。稳定可靠的图像采集电路是至关重要的一点，本论文研究中采用CMOS图像传感器，可通过调节焦距来改变图像的清晰度采用其输出的是数字信号，相比模拟信号，在硬件方面要简单，信号完整兼容，无需其他硬件辅助电路。

5 电机驱动模块

在考虑了参加飞思卡尔智能车比赛中常用到的电机的驱动电路有BTN7971H桥全桥驱动电路以及N-MOS管电动电路。通过我们实际的测试，发现这两个驱动电路都可以驱动我们履带式多功能信息采集车的电机，但是考虑到能耗及外围电路的简单，再结合BTN7971本身带有的优点，如：芯片的集成度高、控制方法简单、外围电路简单等。因此，我们采用了BTN7971驱动（如图3）来作为小车的动力系统，使得小车能够稳定的工作。

图3

6 无线发射模块

为了能够使多功能信息采集车适应更为的环境进行作业，我们人工与智能车之间的通信是避免不了的。以往的通讯方式都是靠与单片机之间的接线从而与车进行交流，但随着功能的逐渐完善，我们发现靠单一的接线越来越不能满足我们的需求。蓝牙技术作为无线通讯的一种重要工具，免去了我们的接线问题，更加方便的为我们提供了一种人际交流平台，其广泛的应用无疑对小车的是一种比较不错的选择。蓝牙技术的应用虽然仅仅适合于短距离的通讯设备，但是我们可以人为的增大其发射功率，进而来增加一定的通讯距离。因此，蓝牙技术的出现，无论是为现在哪怕将来多功能小车上的移动设备和外围设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接提供了更加有效的途径。

7 结论

多功能信息采集车采用履带结构的设计和车轮的放置，能够较好的适应不同的路况，在车上安装有多个传感器，测量温度、湿度、实时采集周围的路况并及时的通过蓝牙进行无线传输到我们的操作平台。同时我们使用太阳能电池板对小车进行供电，这样不仅能直接解决小车的能源问题而且还能将多余的电量存贮起来。但在研究这些问题的同时，我们也面临着诸多困难与挑战：一是图像采集易受到光线的均匀性和光照强度的影响，必须采用图像采集中的处理图像的方法；二是太阳能供电容易受到天气环境的影响，如果在阳光充足的环境中能保证小车的电量充足，但是在连续的阴雨天时，要保证小车的连续工作就会有点困难，面对诸多的问题和挑战，我们没有选择放弃。相信在未来的科技领域内，多功能信息采集车的功能也许越来越完善，在勘探、国防等领域内得到广泛的应用。

［1］郭天祥.51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社,2009,01.

［2］杨黎,余胜.红外避障系统的设计[J].湖南人文科技学院学报,2013(04).

［3］宁慧英.基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统[J].仪表技术与传感器,2012(01).

［4］隋金雪,杨莉,张岩.“飞思卡尔”杯智能汽车设计与实例教程[M].北京:电子工业出版社,2014,01.