基于STC單片機智能探測機器車的設計

　　介紹一種智能探測機器車，該車由智能探測系統和數據接收系統兩部分組成。探測系統分為核心板和任務板，核心板采用STC單片機 IAP15F2K61S2為控制單元，完成循跡、定位、碼盤測速、360度轉身，采用藍牙模塊實現與接收系統無線通信;任務板由溫度和濕度傳感器、超聲波傳感器、顏色傳感器構成，完成測距、溫度檢測、濕度檢測和顏色識別。接收系統同樣以IAP15F2K61S2為核心，由藍牙模塊、12864液晶顯示模塊、語音播報部分組成，完成無線數據的接收、數據的實時顯示、同步語音播報的功能。

　　本文來源于全國大學生電子設計競賽，任務要求制作一臺智能探測機器車，能實現在特定軌道上行駛一周，在設定的任務點精準停車，完成超聲波測距，溫濕度測量，顏色識別，360°轉身等任務，同時要求將測得的數據通過無線通信的方式傳輸到另外一臺設備上，進行實時顯示。在原有任務的基礎上新增轉向燈，模擬真實汽車行走狀態，左轉時左前和左后轉向燈亮，右轉時右前和右后轉向燈亮，遇到黑線時燈全亮。每次任務完成會有蜂鳴器提示，同時在液晶顯示系統有任務完成的語音提示。

　　1 系統設計

　　1.1 硬件設計

　　本系統主要有兩大部分構成：智能探測系統和數據接收系統。主控芯片是智能小車智能探測系統和接收系統的核心，小車的控制、探測、數據發送、接收都是通過主控芯片連接外圍電路實現智能探測車的各系統功能。采用的是宏晶科技生產的國產單片機IAP15F2K61S2，此款芯片具有高速、高可靠、低功耗、超強干擾等優點，能夠完全支持智能探測車實現任務要求的所有功能。

　　1.2 系統框圖

　　系統總體框圖由智能探測系統和接收系統兩部分構成。

　　1.2.1 智能探測系統

　　智能探測系統由核心板和任務版兩部分組成。核心板主要部分是IAP15F2K61S2芯片、電壓轉換模塊、藍牙發送模塊以及外設和驅動電路。任務板主要包括波模塊、顏色識別、溫濕度模塊等電路，如圖2所示。

　　1.2.2 接收系統

　　接收系統主要由IAP15F2K61S2芯片，語音模塊、LCD12864顯示模塊，藍牙接收模塊組成，如圖3所示。

　　1.3 軟件設計

　　程序設計同樣分為智能探測系統和數據接收系統兩個部分。智能探測系統設計流程圖如圖4所示。數據接收系統流程圖略。

　　2 理論分析與計算

　　2.1 循跡電路分析

　　循跡電路采用8路紅外對管進行循跡線、定位點、轉身區、起點終點線進行循，循跡燈順序從左到右是0到7八個紅外對管，紅外對管照在黑線輸出高電平，遇到全黑（2 cm）時全滅;照到白色部分輸出低電平，遇到全白部分時全亮。

　　當紅外對管4、5遇到黑線時，全速前進，當循跡是其他對管，都要進行不同程度的微調（向左或向右），越靠近兩邊，調的幅度越大。小車電機的驅動芯片是 L298N，該芯片內部是H橋電路，可以控制電機的正反轉。小車驅動板的PWM驅動是實現小車轉向的必要條件，通過PWM控制小車的速度，從而實現轉向。

　　2.2 精確定位和360度轉身模塊分析與計算

　　小車精確定位中，需要實現90°、360°轉身，小車是通過光電碼盤實現小車的精確定位和轉身。根據小車旋轉一周碼盤計數值與實際測量相結合進行調節實現360°精確轉身。

　　2.3 溫度、濕度檢測模塊分析

　　任務中要完成定點1的溫度檢測和定點4的濕度檢測，這里使用的是DHT11溫濕度傳感器。此模塊的傳感器有VCC、DATA、NC、 GND四個管腳，NC是懸空狀態，這里將NC和VCC連接在一起，DHT和核心板上的P1.3連接，GND引腳接地。主要實現對溫度、濕度的檢測，然后將檢測到的信號轉換成數字信號。然后送到單片機進行分析處理，從而得到定位點1的溫度值和定位點4的濕度值。

　　2.4 超聲波檢測模塊分析

　　定位點2要完成超聲波對距離進行檢測，我們利用ICL7555振蕩產生一個40 kHz的方波信號發射，然后通過CX20106芯片處理信號接收。當CX20106芯片1管腳超聲波信號輸入端接收到40 kHz的信號時，會在第7管腳遙控命令輸出端產生一個低電平下降脈沖，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸入，用于計算時間差。通過單片機來計算發射信號到收到信號時產生下降沿的這段時間的長度，再通過數學計算，轉化為距離，顯示在液晶顯示器上。

　　3 測試數據及分析

　　3.1 溫度、濕度數據采集

　　測試條件是：在定位點1一側，放置圓柱形容器直徑6 cm，高度25 cm，內裝液體水，用于調節環境溫度，對溫度進行采集，測試結果與溫度計比較如表1所示。在定位點4一側，放置一個加濕器，加濕器可前后移動10 cm～30 cm，用于調節環境濕度，并對溫度進行采集，測試結果和濕度計比較如表2所示。