智能巡邏車系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

摘要：基于8位微控制單元(Micro Control Unit)MCU，通過設計上位機實現(xiàn)了對巡邏車進行遙控、自動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，并且通過無線藍牙模塊與上位機進行了良好通信。巡邏車移動性強，能夠實時動態(tài)采集數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定的特點。

關鍵詞：微控制單元;采集;上位機;模式

1 引言

隨著計算機技術和信息技術在各個領域的快速發(fā)展、極大的促進了智能機器人的研究，其中智能移動機器人占有重要地位、移動機器人能完成人類在生產生活當中不能完成的任務，可以替代人類完成一些特殊的任務，同時在生產生活及軍事等領域不僅需要能自動控制的機器人，同時也需要具有數(shù)據(jù)采集，能隨時進行自動與手動等模式切換的智能移動機器人。

智能巡邏車屬于移動機器人的一種，利用藍牙傳輸無線數(shù)據(jù)，具有穩(wěn)定性強的特點，經過測試在空曠地可在20m范圍內對巡邏車進行數(shù)據(jù)的傳輸、在自動、遙控、尋跡三種模式下可隨時切換并可以在各個模式下選擇手動單個數(shù)據(jù)或自動進行所有數(shù)據(jù)的動態(tài)采集(可用上位機調周期)，上位機項目組采用Visual Basic進行開發(fā)、與巡邏車兼容性強、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，巡邏車可用于工業(yè)環(huán)境中的多點數(shù)據(jù)采集、靈活壁障，及火災現(xiàn)場探測，危險氣體泄漏現(xiàn)場勘查等自然災害。

2 系統(tǒng)硬件設計

本智能巡邏車以C89c51單片機作為核心，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動(單片機同時控制四個直流電機)的方式作為底盤。巡邏車的結構分為兩個部分，分別是電腦上位機和硬件系統(tǒng)組裝小車，電腦上位機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，保證實時的對工作環(huán)境進行檢測，巡邏車能用于在人為無法工作環(huán)境下工作。

2.1 電機驅動模塊

驅動電路核心芯片L298N可以實現(xiàn)電機正反轉調速，啟動性能好，工作電壓高，啟動轉矩大，可同時驅動兩個電機等特點，內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以驅動兩臺直流電機。根據(jù)L298M芯片的原理設計智能巡邏小車驅動模塊。L298M的四個輸入接口的高低電平控制電機的正轉和反轉，以及調節(jié)占空比來控制電機的轉速。

2.2 電路穩(wěn)壓模塊

電源管理是智能車設計中的重要環(huán)節(jié)，它給系統(tǒng)的各個模塊進行供電，可靠的電源設計是整個硬件電路穩(wěn)定運行的基礎。為保證電機驅動和最小系統(tǒng)的正常工作，必須得加一個穩(wěn)壓電路，采用的是78M05貼片芯片，基本上能滿足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，通過單片機實時返回數(shù)據(jù)。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切換在尋跡模式下進行工作，當巡邏車在軌跡之外時，可以自己尋找軌跡，當找到軌跡時可以自動進入軌跡，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部分，分別是自動測距模塊和壁障。用戶可以根據(jù)想要的功能進行各種模式的切換。切換到自動模式時，超聲波主要用于壁障，也可測距，切換為手動模式時，超聲波主要用于數(shù)據(jù)的采集。此模塊與單片機實時的進行數(shù)據(jù)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言，具有易學易用的優(yōu)點，在小型軟件設計方面具有較大的優(yōu)勢，本設計采用VB開發(fā)上位機作為巡邏車的控制平臺，用計算機對車進行數(shù)據(jù)的采集，該上位機軟件能將所有數(shù)據(jù)動態(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，鏈接成功即上位機進入工作狀態(tài)，則打開串口程序結束。系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)采集流程圖如圖6所示，仿真實驗結果圖如圖7所示。

5 結論

本巡邏車基于單片機實現(xiàn)自動、遙控、尋跡模式的切換，并且在三種模式下都能各自進行手動和自動的方式進行距離、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，具有采集數(shù)據(jù)與移動一體的靈活特性。