嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

1、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 摘要：為解決公交車的高效便捷清洗問題，基于青島理工大學(xué)韓旭東教授的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的一款垂直滾筒式公交清洗小車;，利用AT89C51單片機(jī)配合其他元器件，設(shè)計(jì)了相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)，包括超聲波測距系統(tǒng)和手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺升降控制系統(tǒng)，完善了原產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。采用KeilC51軟件編寫了相應(yīng)的控制程序，使用Proteus軟件繪制了電路原理圖，并進(jìn)展了仿真模擬。關(guān)鍵詞：公交清洗小車；嵌入式系統(tǒng)；超聲波測距；平臺升降控制0引言為解決公交車的高效便捷清洗問題，青島理工大學(xué)韓旭東教授的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款垂直滾筒式公交清洗小車;【1】。但在該設(shè)計(jì)中，僅對機(jī)械構(gòu)造與工作原理做了介紹，缺少相關(guān)的控制電路與控制

2、程序的設(shè)計(jì)，給清洗小車的使用帶來了極大的不便。本文在原產(chǎn)品的根底上，針對小車與公交車之間間隔 的控制不準(zhǔn)確的問題，設(shè)計(jì)了超聲波測距系統(tǒng)；針對平臺升降控制不方便的問題，設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺升降控制系統(tǒng)。有效地進(jìn)步了該產(chǎn)品的實(shí)用性，完善了該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。1超聲波測距系統(tǒng)清洗小車由人力推動(dòng)并控制方向，但由于路面不平，人力控制精度有限，會使小車與公交車車體間的間隔 發(fā)生改變，間隔 過近會使?jié)L筒擠壓車體外表，阻礙滾筒旋轉(zhuǎn)；間隔 過遠(yuǎn)，那么會使?jié)L筒毛刷與車體外表間間隙過大，影響清洗效果。需要一套測距系統(tǒng)使小車與公交車車體間的間隔 始終保持在一個(gè)合理范圍之內(nèi)。超聲波測距是利用機(jī)械波反射來測量間隔 ，適用于

3、短間隔 測距，原理簡單，本錢低，遠(yuǎn)間隔 測量精度較低。公交清洗小車的使用環(huán)境比擬復(fù)雜，對測距系統(tǒng)的精度要求不高，測量的間隔 在12m，且要求構(gòu)造簡單、本錢低廉、性能穩(wěn)定。根據(jù)需要和集中測距方式的特點(diǎn)，本文選擇超聲波測距方式。超聲波在均勻介質(zhì)中的傳輸速度為一恒定值，由發(fā)生器發(fā)射超聲波，在遇到測量目的后反射回來，由接收器接收并記錄由發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間，便可以計(jì)算出發(fā)生器與測量目的之間的間隔 【2】。公式如下：L=12Cbull;Delta;t。式中：L為測量間隔 ；C為超聲波在當(dāng)前介質(zhì)中的傳輸速度空氣中常溫下速度為340m/s；Delta;t為從發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間。本文利用AT89C51單片機(jī)

4、、HC-SR04超聲波測距模塊、LED燈組成了一個(gè)超聲波測距警報(bào)系統(tǒng)。當(dāng)間隔 過近時(shí)，指示間隔 過近的紅燈點(diǎn)亮；間隔 適中時(shí)，指示間隔 適中的綠燈點(diǎn)亮；當(dāng)間隔 過遠(yuǎn)時(shí)，指示間隔 過遠(yuǎn)的紅燈點(diǎn)亮。工作人員可以根據(jù)燈光指示調(diào)整小車位置，使之與車體外表間的間隔 保持在一個(gè)合理范圍。1.4.1HC-SR04超聲波測距模塊工作原理本文所采用的HC-SR04超聲波測距模塊，具有本錢低、體積小、精度高、使用簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，其根本工作原理為：1)采用I/O口TRIG觸發(fā)測距，提供至少10s的高電平信號;2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測是否有信號返回；3)有信號返回，通過I/O口ECHO輸出一個(gè)高

5、電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間【3】。1.4.2程序控制過程利用AT89C51單片機(jī)自帶的定時(shí)計(jì)數(shù)器資源，通過I/O口給超聲波模塊一個(gè)發(fā)射信號并開場計(jì)時(shí)，當(dāng)收到超聲波模塊的反應(yīng)信號時(shí)，完畢計(jì)時(shí)并計(jì)算間隔 。2手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺升降控制系統(tǒng)現(xiàn)行大多數(shù)公交車的高度在3m左右，為可以確保清洗整個(gè)車體外表，原產(chǎn)品采用雙絲杠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)平臺升降的設(shè)計(jì)，并利用直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力。為方便用戶使用，可以快捷高效操作平臺升降，進(jìn)步清洗效率，本文設(shè)計(jì)了一套手動(dòng)/自動(dòng)雙模平臺升降控制系統(tǒng)。根據(jù)計(jì)算，清洗平臺需調(diào)整2次高度才可將車體外表清洗完畢，為了方便工作人員操作，本文設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)雙模控制系統(tǒng)。

6、該系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，配合L289直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，通過控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)平臺的升降，設(shè)計(jì)原理圖見圖4【5】。操作過程為：啟動(dòng)系統(tǒng)后，在自動(dòng)形式下，按UP鍵，平臺會上升一個(gè)固定高度；按DOWN鍵，平臺會下降一個(gè)固定高度。該高度值是為實(shí)現(xiàn)最高清洗效率，以3m高的車身為標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)優(yōu)化計(jì)算得出的最適高度。因?yàn)楣卉嚨男吞柌町?，車身高度也各不一樣，所以為滿足實(shí)際使用要求，我們又設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制形式。在手動(dòng)形式下，按住UP鍵，平臺會上升，松開立即停頓；按住DOWN鍵，平臺會下降，松開立即停頓。為防止工作人員誤操作，本文增加了按鍵防抖動(dòng)延遲，防止工作人員誤觸按鍵；假如UP和DOWN鍵同時(shí)按下，那么電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，直至其中一個(gè)按鍵松開。3結(jié)語本文是在韓旭東教授設(shè)計(jì)的垂直滾筒式公交清洗小車;的根底上，利用單片機(jī)配合其它元器件完成了相關(guān)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有效地解決了小車與公交車之間間隔 的控制不準(zhǔn)確和平臺升降控制不方便的問題，并設(shè)計(jì)了防止誤操作