带微控制器控制的 Lunokhod

采用微控制器控制的月球车。无线电电子电气工程百科全书

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开发所描述的设备是为了演示用于控制移动物体的软件和硬件系统的功能。该物体是一个带有线控遥控器的儿童玩具“月球车”，由两个直流电动机驱动，允许您单独控制每个电动机。当电源打开时，模型开始向前移动。同时，安装在其中的脉冲红外辐射发射器和接收器被打开。移动持续进行，直到反射的红外信号的强度超过设定的阈值，这表明途中存在障碍物。一旦发生这种情况，模型就会滚动，直到反射信号低于该阈值，然后继续向前，依此类推。

图中显示了控制“Lunokhod”模型的硬件软件复合体的示意图。它基于采用先进的 AVR RISC 架构构建的经济型 AT90S2313 (DD1) 八位 CMOS 微控制器 (MC)。时钟频率由 ZQ1 石英谐振器设置为 5 MHz（可以是任何其他频率，最高 10 MHz）。电阻R13和电容C12组成的电路用于在电源接通时复位MK。引入连接器 X1 用于快速连接和断开 MK 与设备其余部分，以及用于将 MK 连接到计算机以更新程序或诊断工作。

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除微控制器外，该装置还包含红外辐射脉冲发射器（VT4、VD2）、障碍物反射辐射接收器（由光电二极管 VD1、两级放大器（VT1、VT2）和同步探测器组成）（VT3）和四个电子开关（1VT1 - 1VT3，...，4VT1 - 4VT3）。该设备由电池供电，电池由四节 C 号镍镉电池组成，容量为 1500 mAh，安装在模型提供的隔间中。微控制器和红外接收器的电源电压由未改变的微电路电压调节器 DA1 维持。

工作时，从PD0端口的输出到晶体管VT4的基极接收重复频率约为1220Hz的脉冲。因此，它会定期打开，并且其收集器电路中包含的 VD2 光二极管会在模型移动方向上产生具有指定频率的红外辐射脉冲。电阻器 R7 限制通过晶体管发射结的电流，并保护 MK 端口的输出在该结击穿期间免受损坏。通过 LED 的最大电流受电阻器 R9 限制。

障碍物反射的红外辐射被VD1光电二极管感知，并联电阻R2，通过光电二极管进行直流反馈，覆盖晶体管VT1、VT2上的两级放大器。来自晶体管VT2集电极的电压脉冲被馈送到由场效应晶体管VT3构成的同步检测器。它的使用是因为在定位器工作过程中，电阻R3不仅会产生频率约为1220 Hz的振荡，而且还会产生来自白炽灯的频率为100 Hz的纹波，以及两者的随机干扰。光谱的可见光和红外范围。这些干扰的水平通常与障碍物反射的红外辐射水平相当，如果不采取特殊措施，可能会导致检测到错误的障碍物。为了防止此类错误，使用了同步检测器。其输入端（晶体管 VT3 的栅极）与发送器的输入端连接到同一端口（DO），因此，与 VD2 LED 的闪烁同步，晶体管 VT3 打开，从而将放大器的输出端连接到晶体管VT1、VT2连接至MK比较器的输入之一(PB0/AIN0)。其另一个输入处的示例性电压由调谐电阻器R12设置，从而调节装置对反射信号的灵敏度。

MK 型号的电动机的运行由电子钥匙 S1 - S4 控制。考虑其中一个的工作，例如第一个（其余的行为类似）。当输入电压小于0,6V（log.0）时，晶体管1VT1和1VT3截止，1VT2截止，因此输出端和与之相连的电机M1输出端的电压接近GB1动力电池。提交关键级别日志的输入。 1导致晶体管1VT1打开，因此1VT2关闭，1VT3打开，输出电压接近0。电阻1R1将按键从MK输出消耗的电流限制为约3mA，该值要小得多大于允许的输出电流（逻辑电平 20 时为 0 mA，逻辑电平 10 时为 1 mA）。选择电阻器1R2的阻值，一方面要在1VT2开路时为琴键提供足够的输出电流，另一方面要使流过开路晶体管1VT1的电流不至于过大。太大了。

由于模型中使用的电机消耗非常大的电流（约600 mA）并产生强烈的脉冲噪声，因此必须更换为更经济且干扰更少的电机DPB-902。可以使用来自录音机和无线电录音机的其他集电器电动机。

为了管理电子钥匙，使用端口 B 的四个高位数字：РВ7、РВ6、РВ5 和 РВ4。 IR 发送器的操作由端口 D - PD0 的最低有效位控制，端口 B 的两个最低有效位（PB0 和 PB1）分别配置并用作模拟比较器的直接和反向输入。

从图中可以看出，例如为了开启电动机M1，需要打开钥匙S1、S2之一并关闭另一个。如果打开或关闭两个钥匙，它们输出的电压将相同，因此电动机上的电压将为 0。如果打开钥匙 S1 并关闭 S2，则左侧（根据图表）输出发动机将连接到电池的正极，

右边的 - 带有负号，它将开始朝一个方向旋转。相反，如果打开S2并关闭S1，电机连接极性将反转，并且将开始沿相反方向旋转。软件包含是通过写入表中所示常量的端口 B 来执行的。 1.

带微控制器控制的 Lunokhod

红外辐射发射器的软件控制是通过向 MK 的端口 D 写入特定数字来执行的。如果该数字的最低有效位为0，则VD2 LED 熄灭，如果为1，则VDXNUMX LED 点亮。该位的值的顺序变化导致在光谱的IR部分中模型之前出现脉动照明水平。反射辐射的水平由光电传感器固定，当其增加时，就会假设前方存在障碍物。

该程序的特殊之处在于控制算法被放置在MK计时器处理程序中。这是因为需要以一定的恒定频率来开关发光LED，为了简化程序，控制算法放在那里。接通电源时给出复位信号后，MK 从 Start 标记处开始执行程序。在这部分程序中，对堆栈、寄存器、I/O端口B和D、模拟比较器、八位定时器进行了初始初始化，定时器的脉冲重复率设置为CK/8(CK-时钟频率等于 5 MHz），并且中断处理程序定时器溢出。

由于定时器每次在 256 (28) 个脉冲后就会溢出，因此每秒调用中断处理程序 2441 次。因此，发射 LED 的开关频率约为 1221 Hz。每 20 个定时器周期对接收到的反射信号进行一次分析，即频率为 122 Hz。

控制算法的工作原理如下。寄存器r24用作计数器，取值范围为0到240。每次检查时，如果有障碍物且计数器值小于240，则加1，如果没有障碍物，它会减少相同的量，直到变成0。此外，计数器值从0到16命令向前移动，从17到31命令停止，从32到240命令掉头。这样的算法避免了误报，并增加了完全绕过障碍物的概率（即使障碍物消失后，模型也会旋转一段时间）。

在寄存器 r27 上，组织了一个圈数计数器，根据该计数器，每隔一圈就以与前一圈相反的方向进行，而在寄存器 r18 上，组织了电机控制算法的计数器。每次中断调用时它会依次获取 0 到 3 之间的值。在 O 处，右发动机关闭，在 2 处，左发动机关闭。因此，电池消耗的电流减少，从而延长了模型从一次电池充电到下一次电池充电的电池寿命。

表中给出了十六进制文件形式的程序代码。 2.

汇编语言程序的全文

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设置设备非常简单。首先，通过断开 X1 连接器的部件来关闭微控制器，将电池安装到位，并通过闭合开关 Q1 的触点来测量稳定器 DA1 输出端的电压。然后，通过将示波器连接到晶体管 VT3 的漏极，并用某些红外辐射源（例如电视或录像机的遥控器）照射光电二极管，确保光电探测器正常工作。

其余节点，当使用可维修部件并且安装没有错误时，不需要调整。最后，连接MK（关闭电源）并检查整个设备的可操作性。光电探测器的灵敏度，必要时调节调谐电阻R12。

作者：P. Chechet, Vasilevichi, Gomel 地区, 白俄罗斯

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