道路自動劃線車單片機控制系統設計

楊 誠，郝潤生

（天津理工大學中環信息學院，天津 300380）

道路自動劃線車單片機控制系統設計

楊 誠，郝潤生

（天津理工大學中環信息學院，天津 300380）

針對目前公路劃線工作多由人工手推小車來完成、劃線車的自動化水平較低的情況，提出了一種基于單片機控制的道路自動劃線車系統設計方案。系統以STC89C52單片機作為核心控制器，單片機I/O口輸出的時序方波作為驅動直流電機的控制信號；通過DS18B20溫度傳感器采集涂料的溫度，控制涂料的加熱過程；采用超聲波測量技術對劃線距離進行測量；使用液晶屏顯示劃線的相關信息，搭建了控制系統的硬件平臺，并設計了相應的軟件程序。實測結果驗證了該控制系統的正確性及可行性。系統可以實現劃線車的自動運行控制、涂料自動加熱、劃線類型選擇、涂料溫度和劃線距離顯示等功能，提升了道路劃線車的自動化水平。

劃線車；單片機；直流電機；超聲波傳感器；DS18B20；溫度傳感器

0 引言

經濟的快速發展，促進了交通道路的發展。規范公路交通的方式有很多，道路標線就是其中最有效的手段之一。最初采用的是人工手推噴涂小車劃線，而現在道路越來越多，這種道路標線方式顯然無法滿足需求，質量和效率也跟不上道路的快速發展［1］。

本文設計了一種基于單片機控制的道路自動劃線車控制系統。該控制系統主要包括溫度檢測輸入模塊、運動控制模塊、加熱控制模塊、噴涂控制模塊和顯示模塊。系統的控制核心是51系列的單片機［2-6］。

劃線車的控制系統可以控制涂料自動加熱。只有溫度檢測合格時，才能啟動劃線工作。在劃線過程中，該系統能夠實時監測涂料的溫度?？刂葡到y還能根據所選定的劃線類型，通過控制電磁閥，控制噴嘴的開啟或關閉，以實現實線和虛線等不同線型的噴涂。除此之外，道路劃線車還具備顯示功能，可以顯示涂料溫度、行駛速度等信息。

1 系統硬件設計與實現

本文以STC89C52單片機作為自動劃線車的控制器，其運行速度相對來說更快、消耗的功率更低，更適用于復雜的工作環境，并且與MCS-51完全兼容。因為程序的可擦性，該控制器更適合開發試驗，性價比高。

劃線車的驅動電機采用直流電機，因為直流電機具有很多優點，不僅調速性能好、范圍廣，而且操作方便，可以承受持續的沖擊，能達到快速啟動、制動和反轉的目的。直流電機采用L293高電壓小電流的電機驅動芯片來驅動運行［7］。通過脈寬調制（pulse width modulation，PWM）方式，控制直流電機調速。該方法可以減少熱損耗，提高系統穩定性，實現智能化的數字控制，降低成本。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖Fig.1 Structure of the system

涂料的溫度檢測采用溫度傳感器DS18B20［8-9］。它可以直接把測量到的實際溫度轉變為電信號，轉換數據的精度很高，操作簡單。測量溫度范圍為-55～+125℃，精度在0.1℃左右，不用額外供電。涂料的加熱系統采用自動全封閉式加熱，在涂料箱中設置分組涂料箱，保證涂料的溫度的均勻。只需要對水浴中水的溫度進行檢測，就可以控制涂料加熱系統。

測溫系統的溫度控制如圖2所示。

圖2 溫度控制示意圖Fig.2 Schematic diagram of temperature control

劃線距離采用超聲波進行測量［10］。與激光測距、微波測距相比，超聲波測量距離技術成本低、比較容易實現、結構也相對簡單。超聲波測距就是利用其反射特性，超聲波的發射是通過工作頻率為40 kHz的多諧振蕩器電路實現的。單片機控制超聲波發生器發射超聲波，超聲波傳播后遇到障礙物反射回反射波；接收傳感器將接收到的反射波信號通過壓電轉換方式轉換成電信號，電信號經放大電路放大以及濾波電路處理后，轉換成方波信號，方波信號再經單片機處理后在液晶屏幕上顯示測量的距離。

顯示系統采用LCD1062液晶屏，通過液晶屏同時顯示涂料的實時溫度和劃線距離。LCD1062液晶屏能夠同時顯示32個字符，可以清楚顯示字母、數字等字符。它的功率、體積相對來說較小，顯示內容卻很多。該系統在液晶屏第一行顯示涂料的實時溫度，第二行顯示劃線的距離。

2 系統軟件設計與實現

控制系統主程序流程圖如圖3所示。當程序初始化后，先選定要劃線的類型，然后調用溫度檢測子程序，進行涂料的溫度檢測。若溫度檢測合格，則運動模塊、噴涂模塊、顯示模塊依次工作。

圖3 主程序流程圖Fig.3 Flowchart of the main program

涂料加熱后的溫度檢測和線型控制流程圖如圖4所示。系統通過溫度傳感器對涂料的溫度進行實時采集，然后將采集到的溫度測量值與設定值進行比較。如果溫度不達標，則不允許進行噴涂作業，需要對涂料進行加熱，待涂料溫度達到設定值后方可進行噴涂作業。

運動模塊主要是用來檢測劃線車的運行距離的，通過超聲波測距方式實現對距離的測量，并顯示在液晶屏上。

噴涂模塊是劃線車的主要部分。通過LED燈來模擬噴涂。首先進行劃線類型的選擇，選擇線型之后，對涂料進行加熱。當涂料溫度達到設定值之后，按下噴涂開關，小車自動運行并進行噴涂，此時噴涂工作燈亮，表示正在進行噴涂作業。系統經過多次調試后，實現了所設計的功能。

圖4 溫度檢測和線型控制流程圖Fig.4 Flowchart of temperature detection and line type control

3 結束語

本文設計了一種基于STC89C52單片機的道路自動劃線車控制系統。該系統主要分為輸入模塊、溫度檢測模塊、加熱控制模塊、運動模塊、噴涂模塊。系統最終實現了溫度檢測、距離測量、線性控制模擬、顯示溫度距離等功能。但是，系統還有其他功能有待開發，比如噴嘴控制功能，可以噴涂箭頭文字；鍵盤輸入功能，可以輸入數據控制自動劃線車進行更多的任務等。

［1］李克，林金木.淺談新型公踐劃線車的開發［J］.湖南交通科技學報，1995（4）：26-28.

［2］陳國柱.基于PIC單片機的道路劃線車控制系統設計［D］.太原：太原理工大學，2007.

［3］陳連勇.基于DSP機器視覺道路劃線車定位系統的研究與設計［D］.南京：南京農業大學，2007.

［4］葉凡.面向道路交通環境的參數檢測智能小車系統研究［D］.廣州：華南理工大學，2011.

［5］朱海星，方小坤，劉錚.兩種基于單片機的自動小車設計［J］.微型機與應用，2010，29（22）：22-24.

［6］夏斌，郭樹滿，郭朋彥，等.基于飛思卡爾單片機的光電智能小車設計［J］.華北水利水電大學學報（自然科學版），2014，35（4）：75-78.

［7］祖一康，徐妙婧.基于單片機的直流電機控制系統設計［J］.黃岡師范學院學報，2012，32（6）：50-52.

［8］張曉芳.基于C51的單片機溫度控制系統設計［J］.蘇州市職業大學學報，2009，20（4）：36-38.

［9］方玉鑫.基于單片機的溫濕度控制系統的研究與應用［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2012.

［10］杜新珂.超聲波測距在智能導盲系統中的應用［D］.南京：南京理工大學，2012.

Design of the Control System Based on Single Chip Machine for Automatic Road Line Marking Vehicle

YANG Cheng，HAO Runsheng
（Zhonghuan Information College，Tianjin University of Technology，Tianjin 300380，China）

At present，the job for highway line marking is mostly done manually with trolley，in view of the lower automation level of the line marking vehicle；a design scheme of automatic road line marking system based on single chip machine(SCM)is put forward.In this system，STC89C52 is adopted as the core controller，and the output of timing sequence square wave signal by the I/O port of SCM is used as the control signal to drive DC motor.The temperature of the coating is collected through DS18B20 temperature sensor for controlling the heating process of the coating.By using ultrasonic measurement technology，the distance of marking is measured；and the relevant information of the marking process is displayed on LCD panel.The hardware platform of control system is built，and the related software program is also designed.The results of practical tests verify the correctness and feasibility of the control system.It realizes the automatic operation control of the line marking vehicle，the automatic heating of the coating，the selection of line types，and the display of coating temperature and marking distance.It improves the automation level of road line marking vehicle.

Line marking vehicle；Single chip machine；DC motor；Ultrasonic sensor；DS18B20；Temperature sensor

TH-39；TP273

A

10.16086／j.cnki.issn1000-0380.201711011

修改稿收到日期：2017-07-15

楊誠（1992—），男，在讀本科生，主要從事電氣控制方向的研究。E-mail：896678219@qq.com。郝潤生（通信作者），男，碩士，副教授，主要從事電氣工程與智能控制方向的教學與研究工作。E-mail：haorunsheng1973@163.com。