CN107070975A - 基于可见光通信的智能小车控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于可见光通信的智能小车控制系统及其控制方法，属于电子通信技术领域。本发明包括单片机1和单片机2；单片机1的引脚11与电脑相连，单片机1的引脚39与LED驱动PWM调光模块的PWM相连；LED驱动PWM调光模块与LED光源相连，PIN光敏接收器收到LED灯发出的高频信号传给信号放大模块，信号放大模块引脚1与比较器模块引脚1相连；单片机2的引脚10与整流滤波集成电路引脚2相连，单片机2的引脚21‑24与小车电机驱动模块的IN1‑IN4相连。特别是将可见光通信技术应用于智能控制是很有意义的课题，将会在智能化服务等领域具有非常有价值的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及基于可见光通信的智能小车控制系统及其控制方法，属于电子通信技术领域。
背景技术
近年来，智能控制技术在国内外取得了较大发展，智能化产品尤其是室内智能产品越来越多地受到人们的关注[1]。目前对室内设备的智能控制方式有WiFi、Zigbee、蓝牙、红外等，主要是利用无线射频技术进行通信[2]，实现对设备的智能控制[3]。然而这些无线通信系统会受到电磁干扰影响，在电磁敏感环境(飞机、医院等)中降低了智能控制的有效性[4][5]。新兴无线通信技术—可见光通信(Visible Light Communication，VLC)应用在智能控制方面，与传统无线通信方式相比[6]。VLC技术利用白光LED不仅实现照明和通信双功能还不会产生任何的频射干扰，受其他无线设备的干扰也较小[7][8]。针对这些情况本文提出能够降低干扰的基于可见光通信的智能化控制方法，以移动小车为对象研究了基于可见光通信的智能控制系统，整个系统控制平台能完整且广泛的应用于白光LED覆盖下的任何地方，且不受电磁干扰，具有无限的应用价值和发展空间[9]。
发明内容
为了实现上述的目的，本发明采取的技术方案如下：
基于可见光通信的智能小车控制系统，包括单片机1和单片机2；单片机1的引脚11与电脑相连，单片机1的引脚39与LED驱动PWM调光模块的PWM相连；LED驱动PWM调光模块与LED光源相连，PIN光敏接收器收到LED灯发出的高频信号传给信号放大模块，信号放大模块引脚1与比较器模块引脚1相连；单片机2的引脚10与整流滤波集成电路引脚2相连，单片机2的引脚21-24与小车电机驱动模块的IN1-IN4相连，单片机2的引脚39-38与小车电机驱动模块的ENA-ENB相连，整流滤波集成电路在电机驱动模块内部。
基于可见光通信的智能小车控制系统的控制方法，包括如下步骤：
第一步：开始，初始化；
第二步：初始化硬件；
第三步：串口初始化设置；
第四步：建立Socket连接；
第五步：判断是否有上位机指令，如果有上位机指令进入第六步，如果没有上位机指令在进入第五步；
第六步：启动数据传输线控和启动执行指令线控，当启动数据传输线控进入第七步，当启动执行指令线控进入第八步；
第七步：定时器启动，判断定时时间，是定时时间，采集传感器数据，发送传感器数据至上位机，进入第十二步；
第八步：启动执行指令线控；
第九步：指令解析，指令执行，反馈传感器数据；
第十步：判断指令是否执行完成，如果没完成进入第第九步，如果完成进入第十一步；
第十二步：向上位机应答执行结果；
第十三步：结束程序。
本发明原理：
可见光通信的智能控制系统主要由上位机--电脑客户端、下位机—移动设备和白光LED的无线通信模块三个部分组成。电脑客户端有一个控制界面，此界面内可以通过白光LED向移动小车发送指令来控制，包括左右电机的转速，前进、后退的移动等。整个可见光通信的智能控制系统采用模块化的整体架构，便于系统的扩展和对单独模块的控制，简洁高效。白光LED无线通信智能控制系统的工作过程分为两个过程，一是操作员通过电脑发出控制指令直接控制移动小车，二是控制平台收到下位机发送的反馈信息再进行相应的调整。第一个过程要上位机通过VLC模块来传递操作员的控制命令，命令到达移动硬件设备后作出相应的动作，第二个过程要在控制平台收到反馈信息后，对返回的数据做出正确的解析与判断，再将校验决策信息以指令的形式再次发送给移动小车的控制模块，控制模块收到各种执行命令后，开始调整电机的工作状态，如前进、后退、转弯、直行等。
本发明的有益效果：
为实现设备的智能控制，使用了一种基于白光LED的无线通信技术的设计方案，进行了系统设计。通过实验测试与分析，VLC应用于智能控制方向的可行性，且在电磁敏感领域有较强的优势。随着可见光通信技术的发展，基于白光LED无线通信的智能控制将会成为一个新的研究热点。特别是将可见光通信技术应用于智能控制是很有意义的课题，将会在智能化服务等领域具有非常有价值的应用前景。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示：
基于可见光通信的智能小车控制系统的控制方法，包括如下步骤：
第一步：开始，初始化；
第二步：初始化硬件；
第三步：串口初始化设置；
第四步：建立Socket连接；
第五步：判断是否有上位机指令，如果有上位机指令进入第六步，如果没有上位机指令在进入第五步；
第六步：启动数据传输线控和启动执行指令线控，当启动数据传输线控进入第七步，当启动执行指令线控进入第八步；
第七步：定时器启动，判断定时时间，是定时时间，采集传感器数据，发送传感器数据至上位机，进入第十二步；
第八步：启动执行指令线控；
第九步：指令解析，指令执行，反馈传感器数据；
第十步：判断指令是否执行完成，如果没完成进入第第九步，如果完成进入第十一步；
第十二步：向上位机应答执行结果；
第十三步：结束程序。
如图2所示：此系统包括两个单片机组成的模块：单片机1的(TXD/P3.1)11引脚与电脑相连，单片机1的(P0.0)39引脚与LED驱动PWM调光模块的PWM相连；LED驱动PWM调光模块与LED光源相连，PIN光敏接收器收到LED灯发出的高频信号传给信号放大模块，LM358信号放大模块1引脚与LM393比较器模块1引脚相连；单片机2的(RXD/P3.0)10引脚与LM393整流滤波集成电路2引脚相连，LM393整流滤波集成电路2在电机驱动模块中有体现；单片机2的(P2.0-P2.3)21-24引脚与L298N小车电机驱动模块的IN1-IN4相连，单片机2的(P0.0-P0.1)39-38引脚与L298N小车电机驱动模块的ENA-ENB相连。
单片机1与单片机2的型号都是STC89C52，单片机主要通过两个部分来设计单片机的应用系统，一个是系统本身的扩展，也就是单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O端口、中断系统、定时器/计数器等。当系统不能满足要求时，就必须在片外进行扩展。二是系统匹配，根据系统的要求来匹配外围设备，如液晶显示器、模数转换器等，并需要设计合适的外围电路。
ST89C52芯片集成256个字节的程序空间，为8K字节的闪存存储空间，外部存储空间最大可扩展64K。需要多大的外部存储空间取决于不同的速度需求和功率需求，可以在0-33M之间选择时钟频率。片上四组I/O控制接口，三个定时器，软件在低能耗工作方式下，由8个中断作为断电保护和监督。可在5.5V到4V宽之间正常工作。
电机驱动模块的型号为L298N，L298N通过P3.0和p3.1的输出来控制电机的正转、反转及刹车。当P3.0引脚输出低电平时，P3.1引脚输出高电平时，电机正转，反之电机反转，P3.0和P3.1引脚输出的电平都低时，小车的电动机就会发生短路立即刹车，制动的效率得到了提高，基本上消除了汽车在制动过程中产生的惯性现象影响。通过P0口进行两个数码管的位选，P2口进行段码输出，其中一个数码管用于行驶时间的显示，一个数码管用于行驶路程的显示。
L298N电动机驱动模块部分介绍：将L298N芯片应用于电机驱动电路中，电机的正向和反向转动都由它来控制。在实验中，控制电压是直接由单片机输出高和低的电平控制。
升降压模块设计介绍：TPS54331芯片，具有3.5V～28V的宽泛输入电压范围、可调节输出电压的高低。
黑带检测传感器设计介绍：根据此前的方案论证，系统将采用一个集发光器与接收器于一体的的红外反射式光电传感器LM385。
电源部分介绍：由于系统中电机需要的工作电流过大，内部需要使用电流强，重量轻，而且最好是可反复使用的经济型电池，所以首选镍铬电池组(可充电)。为了使单片机更好的工作，一次单片机两端电压一定要稳定，为了避免电机启动和旋转时电压不稳定影响电源供电，所以用电压稳定块7805和双电源分别为89C52和电动机驱动显示部供电保证小汽车在工作和显示时的稳定性。
本发明涉及的参考文献
[1]Lee,Se-Hwan,Cho,Dong-Uk 2012 The Journal of Korean Institute ofCommunications and Information Sciences Vol.37 No.7C 565-575
[2]Fu Q,Chen C Y,et al.2010 Automation&Information Engineering 02 4(in Chinese)[傅倩，陈长缨等2010自动化与信息工程024]
[3]Jun Ma 2014 Advanced Materials Research Vol.971–973 718-721
[4]Wang T 2013 Video Engineering 09 61(in Chinese)[王涛2013电视技术0961]
[5]Ding D Q,Ke X Z 2007 Journal of Xi’an University of Technology 0129(in Chinese)[丁德强，柯熙政2007西安理工大学学报01 29]
[6]Xu Y F,Huang X X,et al.2014 China Light&Lighting 04 11(in Chinese)[徐银帆，黄星星等2014中国照明电器04 11]
[7]Yang L W Hou C 2013 Telecommunications Network Technology 12 32(inChinese)[杨立伟，侯聪.2013电信网技术12 32]
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[10]Ziaei,Naser,Rafiee,Ali 2014 International Journal of AdvancedResearch in Computer Science Vol.5No.1 18-20
Claims (2)
1.基于可见光通信的智能小车控制系统，包括单片机1和单片机2，其特征在于：单片机1的引脚11与电脑相连，单片机1的引脚39与LED驱动PWM调光模块的PWM相连；LED驱动PWM调光模块与LED光源相连，PIN光敏接收器收到LED灯发出的高频信号传给信号放大模块，信号放大模块引脚1与比较器模块引脚1相连；单片机2的引脚10与整流滤波集成电路引脚2相连，单片机2的引脚21-24与小车电机驱动模块的IN1-IN4相连，单片机2的引脚39-38与小车电机驱动模块的ENA-ENB相连，整流滤波集成电路在电机驱动模块内部。
2.基于可见光通信的智能小车控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：开始，初始化；
第二步：初始化硬件；
第三步：串口初始化设置；
第四步：建立Socket连接；
第五步：判断是否有上位机指令，如果有上位机指令进入第六步，如果没有上位机指令在进入第五步；
第六步：启动数据传输线控和启动执行指令线控，当启动数据传输线控进入第七步，当启动执行指令线控进入第八步；
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