計算機控制智能小車的軟件設計

摘要：本設計是采用單片機作為從機(也稱下位機)，而PC機作為中央控制機的主從式系統(tǒng)。主機同時根據(jù)從從機接收的過程參數(shù)進行判斷處理并給從機發(fā)送各種控制命令。利用單片機的串行口與PC機的串行口進行串行通信，PC機可對遠程前端單片機進行控制，將單片機采集的數(shù)據(jù)傳送到PC中去，由PC機對數(shù)據(jù)進行處理和顯示，同時把反饋信號發(fā)到單片機，實現(xiàn)閉環(huán)控制和管理。本設計在VC++6.0的環(huán)境下，編寫使用C++語言，SQL數(shù)據(jù)庫的串口通信程序，控制由單片機控制的智能小車。

0 引言

隨著多微機系統(tǒng)的應用和微機網(wǎng)絡的發(fā)展，通信功能越來越顯得重要。在工業(yè)控制系統(tǒng)(尤其是多點現(xiàn)場工業(yè)控制系統(tǒng))設計實踐中，單片機與PC機組合構成分布式控制系統(tǒng)便是一個重要的應用;主控計算機通過485網(wǎng)絡監(jiān)督管理下位分機的運行狀況。在以單片機為基礎的數(shù)據(jù)采集和實時控制系統(tǒng)中，通過計算機中的RS-232接口進行計算機與單片機之間的命令和數(shù)據(jù)傳送，就可以利用計算機對生產(chǎn)現(xiàn)場進行監(jiān)測和控制。本文設計是以單片機AT89C51為控制核心，附以外圍電路，采用反射光耦(1550-01)檢測黑白線，霍爾傳感器(A04E)+磁鋼來實現(xiàn)智能車行駛的計程，采用四位共陰LED實現(xiàn)行駛計程和時間的交替計數(shù)顯示。同時還充分利用單片機的串口、并口資源和運算、處理能力，來實現(xiàn)小車的按軌跡直線行走、按軌跡轉彎、計數(shù)小車行駛的距離，最后停車等智能控制系統(tǒng)。避免了當前的電動小汽車基本上只能采取的是基于純硬件電路的一種開環(huán)控制方法，或者是直線行駛，或者是在遙控下做出前進、后退、轉彎、停車等基本功能。

1 系統(tǒng)的設計思路

本文設計是采用PC機做上位機和單片機(作為智能小車的外圍電路的設計)做下位機的主從式系統(tǒng)。PC機控制小車的模擬框圖如圖1所示。利用單片機的串行口與PC機的串行口進行串行通信，通過設置PC機的控制界面(智能小車運行的各種控制功能)來實現(xiàn)上位機的數(shù)據(jù)采集，并由上位機不斷發(fā)送握手協(xié)議(通信協(xié)議)信號，直到下位機回應“發(fā)送下一幀”為止。之后上位機開始發(fā)送正常數(shù)據(jù)。若下位機反饋“發(fā)送下一幀”信息，則繼續(xù)發(fā)送下一幀;若下位機反饋“重發(fā)上一幀”，則重發(fā)剛剛發(fā)送過的那一幀數(shù)據(jù);若下位機反饋“無效地址”，則繼續(xù)發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)PC機對遠程前端單片機的控制。同時將單片機采集的數(shù)據(jù)通過判斷握手協(xié)議(通信協(xié)議)傳送到PC中去，由PC(主)機同時根據(jù)從從機接收的過程參數(shù)進行判斷處理并給從機(單片機)發(fā)送各種控制命令。從而實現(xiàn)PC機(上位機)對智能小車外圍電路(下位機)的控制。

下位機設計采用AT89C51單片機芯片來實現(xiàn)智能車模型的自動尋跡、自動控制等功能，利用反射光耦(1550-01)檢測黑白線來實現(xiàn);采用霍爾傳感器(A04E)+磁鋼來實現(xiàn)智能車行駛的計程;同時采用四位共陰LED實現(xiàn)行駛計程和時間的交替計數(shù)顯示。本文上位機設計采用在Visu al C++環(huán)境中，直接使用Windows提供的API函數(shù)實現(xiàn)一個串行通信動態(tài)鏈接庫(DLL)，通過編程工具(VC)設計一個與智能小車通信的上位機控制界面，在上位機和下位機之間通過MAX485接口芯片與控制軟件結合來監(jiān)測。MAX485是半雙工的，可以先檢測/RE和DE的電平，判斷芯片是處于接收信號還是發(fā)送信號，然后再檢測AB的電平，當A引腳的電平高于B端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1;當A的電平低于B端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。從而實現(xiàn)上位機與下位機(由AT89C51單片機控制的智能小車)的半雙工串行通信。

2 系統(tǒng)的軟件設計

單片機的通信軟件采用AT89C51的匯編語言編寫，單片機的發(fā)送和接收采用中斷程序。準備發(fā)送的數(shù)據(jù)存放在以內存50H為首地址的連續(xù)10個單元中。本設計采用單片機芯片AT89C51為核心控制器，通過編寫控制程序(匯編語言)來控制小車的正常行駛、左右轉彎、后退行駛、停止行駛、檢測金屬、計程、行駛時間、告警和上位機與下位機的通信等。

2.1 系統(tǒng)的下位機軟件設計

2.1.1 控制主程序設計

單片機主程序圖如圖2所示?？刂浦鞒绦蚴峭ㄟ^中斷服務程序實現(xiàn)的，采用外部中斷0、外部中斷1和T0中斷來實現(xiàn)主程序的控制，使各中斷子程序交替運行，顯示不會產(chǎn)生干擾，且能在顯示部分交替進行顯示。

2.1.2 小車行駛程序設計

小車行駛流程圖如圖3所示。小車行駛控制程序啟動后程序進入5S的倒計時狀態(tài)，并開啟四位數(shù)碼顯示工作;5S倒計時結束后程序開始運行黑帶檢測程序，由通過光電傳感器(1550-01)檢測到通過LM324放大電路放大的信號輸入來判斷小車是否正常行駛，若否，則由相應的程序來控制小車的左轉或右轉來達到正常行駛;當傳感器檢測到停止線時小車立即停止。

2.1.3 時間計數(shù)程序設計

時間計數(shù)子程序圖如圖4所示。小車行駛的時間長短需要通過時間計數(shù)程序來控制。時間計數(shù)程序通過累加器每秒鐘計數(shù)一次來實現(xiàn)計數(shù)功能，并由十進制調整指令(DA A)來進行個位轉換為十位的功能，同時特定的檢測控制指令(CJNEA.#59H.JJX1)來判斷是否達59S，若否，則進行高低位分別存儲并送顯示部分顯示;若是，則分位加1秒位清0并送顯示部分顯示。

2.1.4 行駛距離記錄程序設計

距離中斷子程序圖如圖5所示。小車行駛距離的記錄通過霍爾傳感器來檢測小車車輪行駛轉動的圈數(shù)，并通過中斷服務子程序來進行換算成相應的十進制的(距離)數(shù)據(jù)，再特殊的換算控制指令：

MOV B，#100 MOV A，B MOV A，#1

MOV B，#100 MOV B，#10 MUL AB

DIV AB DIV AB MOV 3CH，A

MOV 3EH，A MOV 3DH，A MOV A，3EH

來進行換存儲，同時送到顯示部分進行顯示。

2.1.5 下位機查詢、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)程序設計

在軟件設計時一定要注意單片機與PC之間應該遵守相同的協(xié)議，其主要包括波特率、傳輸幀格式、校驗位等。除些之外，如果要實現(xiàn)PC機與單片機的通信，PC機還應該向單片機發(fā)送欲尋單片機的編碼，而單片機中要編寫地址識別程序段。本文的通信協(xié)議約定如下：1)波特率：1200B/S;2)幀格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗;3)傳送方式：PC機采用查詢方式收發(fā)數(shù)據(jù)，51單片機用中斷方式接收數(shù)據(jù)，查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù);4)數(shù)據(jù)長度：1字節(jié);校驗方式：累加和校驗;握手方式：軟件握手。

下位機通信程序流程圖如圖6所示。本設計實現(xiàn)一個簡單的通信過程，它是由上位機控制下位機(智能小車)運行，即由上位機發(fā)送不同的通信信號協(xié)議代碼(如表1所示)，下位機接收到相對應運行通信信號協(xié)議代碼后下位機程序執(zhí)行相對應的運行程。

2.2 系統(tǒng)的上位機程序設計

上位機通信部分控制的上位機軟件采用VisualC++(簡稱VC)編程，上位機設計需要提供一個控制界面，再通過簡稱VC編程，而使用VC具有強大功能的通信控件MSCOMM，該控件可對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進行設置，直接利用PC機的串口發(fā)送數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)單片機與PC機的可靠通信，須保證雙方具有相同的數(shù)據(jù)格式和波特率。而上位機與下位機通過協(xié)定的特定通信協(xié)議進行通信。

3 結論

計算機控制智能小車，本文在軟件方面基本能夠實現(xiàn)設計任務的要求，能夠從起點沿引導線行駛到終點，并在到達終點時能夠自動停止行駛;在行駛的過程中能檢測到鐵片且發(fā)出聲光提示，然后繼續(xù)行駛;同時能實時交替顯示檢測到鐵片的個數(shù)、行駛的距離和行駛時間;且在停車時能交替顯示總程檢測到鐵片的個數(shù)、行駛的距離和行駛時間。本設計的擴展部分有：下位機可設置相應的控制開關來控制小車行駛的周期、時間長短、行駛距離和小車行駛轉彎的角度等;上位機部分可設置時間顯示、檢測到鐵片的個數(shù)、行駛的距離和行駛時間等的控制顯示界面窗口。