《以AT89C52主控芯片的遥控挖掘机控制系统设计》11000字（论文）

I以AT89C52主控芯片的遥控挖掘机控制系统设计目录TOC\o"1-2"\h\u18802摘要 2320721绪论 35691.1研究背景及意义 3237401.2国内外的发展限制及研究趋势 4289581.轮式挖掘机 4267272.履带式挖掘机 4175783.步履式挖掘机 428761.3遥控挖掘机的发展现状及趋势 51041.4研究目标和研究内容 7300612.控制系统的开发设计 7192503.可视化系统采集及传输 7215311.5研究方法和手段 8247422遥控控制系统的总体设计 9131532.1总体设计方案 9183092.2遥控挖掘机整体结构分析 9178691.系统的可靠性和稳定性 10153062.系统的可拓展性和实用性 10257313.系统的标准性和安全性 10293704.供电方式 10301115.人机接口丰富 10205452.3总体设计方案 1047602.4小结 1182713控制器的硬件设计 12221823.1总体硬件设计 12153873.2硬件系统基本电路 14157463.3信息收集电路 156223.4其他元器件电路 15319893.5硬件系统的可靠设计 188753.6小结 18225474控制系统软件总体设计和可视化系统的实现 198784.1控制软件的总体设计 1984674.2总流程方案设计 19220014.2开关程序开关检测设计 2018274.3通信模块程序设计 21226854.4可视化系统的主要结构 23306374.6小结 24225185Keil程序编写和Proteus仿真分析 25222405.1软件介绍 25128615.2挖掘机工作原理仿真 25126795.3小节总结 26293046总结 27231426.1研究总结 27114686.2存在的不足之处 2714264参考文献 28摘要目前市场上生产遥控式挖掘机，仅用于农田水利，道路平整，面对大工程却无法满足。需逐步向中大型发展，其中性能方面上更是要求进一步提升，如可靠性、安全性和智能自主学习性。针对当前不足，为提高挖掘机的遥控操作化，消除危及操作者的生命安全及成本和提高效率。本文以AT89C52主控芯片、keilc51和Proteus为设计平台，设计遥控挖掘机控制系统，主要内容如下：1.根据控制系统的要求及操作距离，选择有关的遥控方式，设计遥控软硬件电路。2.分析满足系统的控制要求功能，采用模块化设计编程，根据运动控制功能。在上进行平台开发模拟完成各模块间的控制功能的程序设计。3.分析可视化系统的实现过程及原理，提出现有方案和设计，降低遥控风险，提升遥控及工作效率。实践验证表明，设计的遥控控制系统符合当前市场需要，对后续功能的更新也有一定的保障，给遥控挖掘机在抢险、救援、高温工作等领域的出现给予实用性的支持，具有非常的研究意义。关键词：单片机；遥控挖掘机;可视化；Proteus仿真1绪论1.1研究背景及意义随着国家经济高速发展，科学技术不断更新。新建铁路，矿山开采、港口建设、城镇建设、农田水利设施等领域中对工程机械的要求不断提高，而挖掘机作为工程机械中的重要机械之一，挖掘机行业得到了快速增长，并逐步向节能、半自动、智能化及自主监控发展的趋势[1][2]。早在上世纪八十年代，国外早已对遥控挖掘机进行深入研究，不过由于当时技术条件限制，未能实现发动机油门控制及功率优化，传动挖掘精确、反馈监测信息等，使当时的遥控挖掘机实用性大打折扣，开发出半自主工作方式成为了泡沫。随着经济全球化的不断发展，科学技术水平不断提高，伴随经济贸易全球化不断加深，更随着以机械和微机控制一体化产品的高新技术产业不断崛起，控制理论和控制技术不断完善甚至成熟，更伴随着新的液压元器件的研发诞生，不但使满足遥控挖掘机的实用性可以成为现实，而且为智能挖掘机及智能挖掘机器人的研究提供了一个探索与未知的世界。当前社会，第一生产力由科学技术决定，国家的科技水平深度层次决定了能够掌握的生产资料和生产力，进一步体现了这个国家的在国际中的地位与话语权及未来前景。目前，工程车辆应用非常广泛，特别是在经济建设中较为突出，而挖掘机就是最为常见的一种工程机械，当前国内外现有的挖掘机大多数操作都是有人工来完成，操作者不仅需要较为熟练的操作技巧，而且需要有足够的经验及判断力，目测并同时完成几个操纵手柄才能完成工作循环中提升，推压及回转协调功能。作业环境一般情况下较为恶劣，常有噪声，尘埃、震动，有时甚至面临塌方、辐射、爆炸以及化学物等威胁，这种情况下的工作将严重威胁工作者的身心健康，并伴随着作业时劳动强度大[3]，体力和脑力更是消耗极大，在上述场合作业，危险系数将不断上升。为减少操作者在工作中面临的危及生命安全隐患，选择遥控操作是一种不错的选择方式[4]。因此该课题研究具有非常必要实用的价值。而遥控挖掘机的核心部分关键在于控制系统，设计高可靠的遥控挖掘机控制系统将影响其使用范围和生产效率，关系未来前景发展，因此遥控挖掘机控制系统的设计具有极其重要的作用。1.2国内外的发展限制及研究趋势1.2.1挖掘机控制系统的国内外研究控制系统是挖掘机的核心，其不同类型的控制系统决定了挖掘机的种类，以市场需求为主，共有以下三种分类：轮式挖掘机轮式挖掘机常用于小工程方面上，城镇绿化带、建筑收尾工作、农田水利建设中常见。采用位置传感器检测油门踏板位置确定发动机转速。履带式挖掘机其中又可分为微小、中大型、大型挖掘机，主要用于各种土石工程、道路平整等。拥有自己的油门旋钮控制系统，在智能、节能方面表现出明显的优势。步履式挖掘机步履式挖掘机是为了适用山区地形运用而生的特种挖掘机，其控制系统与履带式挖掘机无差别，主要差别在地盘方面上，步履式挖掘机集成了轮胎和支撑地面的支撑爪的支腿，比履带式控制系统较为复杂一些，灵活性能优异。液压技术的广泛应用，使挖掘机有了较为理想的动力装置，随着控制技术广泛应用，使挖掘机的控制系统日益完善，随着机、电、液一体化技术在产品上的广泛应用的必然趋势，是改造传统产业和提升的必由途径[5]。虽国内挖掘机起步较晚，受技术限制在控制系统方面上还存在较大差距，但坚信随着国家改革开放的不断深入，在引进与自主开发相结合的原则下，国产高技术、智能化液压挖掘机是可以逐步实现的。1.3遥控挖掘机的发展现状及趋势1.3.1国外状况上世纪七十年代中期，国外制造厂商为提升产品竞争力而开始研制基于电子控制技术的挖掘机，率先在挖掘机领域带来了根本性变革。其中以智能化，效率高、自动化，安全性好的方向发展得到广泛应用。1980年的初期，美国的制造厂商KraftTeleRobtics和JohnDeer都相继成功研制并开始生产销售遥控挖掘机。其中，较为令人耳熟的是690CR型液压无线遥控挖掘机，其遥控作业有限距离达到了1525米，当时机器设有摄像机，可将挖掘机工况及周边环境通过图像传输给操作者，但由于现场环境恶劣，容易进灰，摄像头易被遮挡，其发动机故障诊断系统也无法传给操作者，影响设计和使用效果[9]。1983年3月，日本株式会社小松制作所研制出一款以PC200R-2型液压挖掘机为基础机型，完成了对其工作装置的微动控制和复合执行动作的无线电遥控改造与操控。即可以进入救灾现场，塌方挖掘等恶劣现场作业并原操作方式不发生改变，但没有更新技术，控制系统两端之间难以实现同时通信，如出现危险意外时，不能及时发现并阻止其动作。1987年，德国HBC公司成功研制并应用于工程车辆领域的工业无线电遥控装置，对矿山机械、履带清渣装载机等工程机械提出了一系列的无线电遥控作业的解决方案。2003年，澳大利亚机器人中心研制出智能挖掘机器人，解决遥控过程中的液压缸压力控制问题，最终目标是实现全自动挖掘任务[6]。2008年，韩国蔚山大学研究设计出一款现场挖掘机器人的远程控制系统，该系统用无线射频方式发送遥控操作杆信号达到操控目的，使用labVIEW软件实现操作现场视频采集[7]。1.3.2国内状况国内对工程车辆遥控开始研究晚于国外，总体水平发展落后于西方发达国家。1986年同济大学最早开发了微机操纵的挖掘机正铲试验平台，进行挖掘机规划控制方面的研究，1988年浙江大学机械设计研究所研制出微机控制的反铲试验平台[8]。该所于1996年初研制出结构简单，价格低廉的优势，通过目测观测挖掘工作面，利用无线电开关信号控制液压挖掘机各油压缸工作，实现简单工作。2000年9月该所于WY-3.5试验型智能挖掘机器人为研究平台，在故障诊断，控制策略及机器人规划控制方面取得较大突破。1998年中国科学院沈阳自动化所与抚顺挖掘机厂合作，基于国产小型挖掘机WY-1.3为试验平台，利用机器人技术完成了挖掘水平作业时的仿真与运动分析，对铲斗进行了电液比例位置控制。徐工工程机械集团有限公司于2010年推出了XE40小型遥控式挖掘机，遥控有效范围在100M左右，实现倾斜角度的限制，回转对中、复位等功能，统一控制系统的运行标准，发挥了复合型设备的优势。2010年上海中南大学于与湖南山河智能装备集团合作，开发出SWEROB2009及SWE230E、SEW17E智能系列挖掘机，集成了可视化遥控操纵关键技术、工作装置轨迹控制技术等先进技术，并有兰州理工大学的蒋保珠[9]、翟延华[10]在此方面的研究、三一重工也在2011年申请了一项有关于挖掘机遥控系统的发明专利，进一步推动国内遥控挖掘机的发展。从目前的整体情况来看，国内挖掘机及遥控技术方面起步研究相对较晚，整体发展水平落后于国外，尽管近些年有加大力度研究，同时国内外工程机械制造商一同将挖掘机增加遥控式操作这一新技术面向市场，提高挖掘机的可视信息化，自动化及人工智能操作化。但分析线市场的整体需求及综上所述，当前的遥控式操作挖掘机的技术研究还存在着几个问题：1.目前市面上没有基于中大型挖掘机研制的遥控挖掘机，对于面临塌方，流石、煤炭开采、毒气废气粉尘、战场工程保障等需要不能满足，其中大型挖掘机在其控制系统方面，动力学参数及液压系统性能方面与其微小型挖掘机有别具一格的特性，需研究及完善中大型挖掘机遥控式操作才能解决需求。2.目前的技术限制着传输系统的时效准确型，成本方面居高，智能化程度及高效节能和安全实用性有进一步优化的空间，远程视距及超视距方面，以及对可兼容基础通信方式遥控研究较少，对此以上问题也是研究遥控挖掘机控制系统需考虑及解决的方面。1.4研究目标和研究内容本文主要研究以中大型履带式液压挖掘机的基础上，满足矿区开采、战场工程保障、救援抢险等领域的需求目标上，继续深挖未来发展方向及社会需求为主要对象。通过增加一套基于电液比例控制的遥控操作方式，满足日常手动操作与遥控操作的切换。本文通过在此基础上开展遥控挖掘机控制系统设计，本文的研究内容主要包括以下几个方面：1.无线遥控的建立根据日常所需及救援抢险时的特殊环境，考虑满足多媒体数据流数据及低延时及高遥控距离的情况下选择其通信网络。2.控制系统的开发设计控制器是遥控挖掘机控制系统的关键组成部分，用于实现整机的整体控制及无线通信功能，作为关键部分自然要能满足当前的需求更能不断更新换代，主要功能采用模块化设计。3.可视化系统采集及传输可视化系统可对挖掘机周边环境显示及其工作状态性能的获取。通过手持遥控设备Socket或其他通信连接方式，实现与目标设备建立通信。根据不同功能要求，应有简单，实用、美观等特点。本论文结构安排如下：第一章：介绍课题研究背景和意义，对国内外挖掘机控制系统及遥控挖掘机技术的现状研究提出不足，简要概述本论文的主要工作及论文结构安排。第二章：控制系统总体设计。通过分析系统功能及整机结构和主要性能配置，设想出该遥控控制系统的总体结构方案。第三章：针对遥控控制系统的整体要求，给出控制器主要功能部分硬件选择和设计开发。第四章：遥控控制系统的软件设计。根据控制器功能及设计要求，进而给出各个功能的元件选型及实现。第五章：遥控控制系统功能测试。本章主要根据系统的硬件功能、可视化系统功能等进行测试。第六章：总结与展望。对全文进行总结，结合技术创新和不足，进一步提出研究方向。1.5研究方法和手段（1）通过查阅相关文献与科研资料，结合国内外对该遥控系统设计的发展情况，充分发展和运用所学车辆工程有关部分知识；（2）根据自己所学的知识，设计控制系统的工作原理，并制定整个控制的设计方案，使得遥控控制系统能够满足预期的目标功能；（3）通过国产软件立创EDA和国外软件AltiumDesigner电路图软件对系统的电路进行硬件、PCB设计；（4）通过C++程序和keilC51编译环境编写控制程序；（5）使用Proteus仿真软件进行搭建仿真电路，加载程序进行系统仿真。

2遥控控制系统的总体设计2.1总体设计方案控制系统作为遥控挖掘机的核心控制部分，其节能、可靠、及稳定性直接影响着整机的性能[11]。基于工程机械车辆无线遥控系统的主要方案及设计思想，本章将以AT89C52嵌入式设计、控制要求和系统功能需求、整体结构等进行分析，提出遥控挖掘机控制系统的总体设计方案。2.2遥控挖掘机整体结构分析远程遥控系统主要是由遥控终端加车载终端两个部分和一个无线通信网络组成。在两端中间采用的无线通信网络可用于可视化系统及数据传输。如图2-1是整体结构图。图2-1通过市场调研结合已有的产品特点，根据行业的特殊性、现状相关标准和用户需求，参考相关文献及文献所述的系统模型并对其产品优化和功能完善后，本系统设计将拥有以下工业产品的特点：1.系统的可靠性和稳定性挖掘机工作环境恶劣，连续工作对本身系统的可靠性要求较高，为保持系统稳定运行，必须将控制系统的可靠性放在第一位。系统的设计必须从结构、性能、元件选型、技术支持及售后方面得到有力的可靠性保障[12]。2.系统的可拓展性和实用性本产品开发就是面向国内广大挖掘机制造厂商，需产线丰富，功能齐全，有较强的伸缩延展性，可自由用户选择。3.系统的标准性和安全性因本产品是工程机械用品，需符合有关国家标准和行业标准规范，进一步用人性化的角度去设计开发，可尝试着防跌落和放碰撞，如遇掉落，自动切断无线遥控。4.供电方式手持端通常情况下是由锂电池供电，车载端由车辆蓄电池供电，发动机启动后可由发电机减压带动，供电不足时，可有提示情况或语音提示。5.人机接口丰富遥控系统作为操作人员与执行机构的中介环节，可自主监测已执行结果或反映系统状态信息。包括JTAR，蜂鸣器、LED指示灯等。2.3总体设计方案系统总体方案是软硬件设计开发的依据，合理正确的方案能够提高系统开发效率。本文所设计的控制系统主要采用AT89C52控制系统，由控制器部分、可视化系统图形（HDMI显示或AV模式视频）部分部分进行详细设计。控制系统的设计首先就是要搭建平台，选择控制器，如图2-1所示就是硬件系统构架图。硬件部分主要采用模块化方法进行设计[13]，就是为了减小电路设计的复杂程度，增加系统的可拓展性和灵活性，系统主要功能模块如下：CPU微控制器模块：CPU作为核心控制部件，可完成运算及控制。电源模块：挖掘机上的蓄电池是直流电压24V，而各芯片需要不同的幅值，包含启动电路和复位电路及外围的一些传感器也需要供电，此部分需要列出单独的电源转化模块。各输入输出I/O模块。l/O接口是主机与被控对象进行信息交换的\t"/item/i/o%E6%8E%A5%E5%8F%A3/_blank"纽带。可能包括以太接口和RS-232接口。数据采集与处理。发动机信息的数据、摄像头接口及按钮和遥杆传感器等信息都需要进行收集并分析和优化控制。显示模块。这里分为可视化系统的显示模块设计和挖掘机当前工况的信息，这里主要介绍的是可视化系统；通过摄像头实时接收到的图像进行显示，提高遥控效率和远程监控。无线传输模块：通过在车载端与遥控端之间建立的无线通信链路，实现数据的传输。2.4小结本章主要介绍在遥控挖掘机的整机结构的需求基础上，分析并选择了控制系统，最后确定了遥控挖掘机控制系统的总体设计。本章为后续系统各部分的设计与实现打下坚实的基础。

3控制器的硬件设计控制器作为整个系统的核心部分，而硬件设计做为系统的核心，直接着系统性能。为保障控制器的可靠性、稳定性、拓展性采用嵌入式微机控制器。本章介绍控制器的硬件设计，阐述各硬件模块的设计与实现。3.1总体硬件设计根据遥控挖掘机控制系统的功能要求以及通过模块化设计提高开发效率。本文以AT89C52主控芯片为核心，将硬件电路共划分成几个功能模块，包括：电源电路、数据采集模块、程序调节模块、显示模块、通信接口、驱动电路及其他外围电路。硬件整体结构如图示3-1。图3-1本文遥控终端在系统上需要使用简单操作系统的支持来实现可视化的数据采集、无线传输及处理控制功能，同时考虑其成本、性能、功耗、可拓展编程性、可靠性等其他方面的要求，选择了使用AT89C52系列微控制器来解决本次设计中使用主控芯片的问题。该设备是Atmel公司生产的产品，工艺高密度，拥有非易试性储存技术，40个引脚，32个双向IO口，并集成了2个16作为定时器/计数器REF_Ref22228\r\h[14]。而从本次研究设计出发，选择这款AT89C52的芯片。如图示3-4是核心板实物。图3-4AT89C52正面图该芯片的管脚管理如如图3-5所示。图3-5AT89C52管脚图3.2硬件系统基本电路3.2.1遥控接收端电源电路设计电源的稳定可靠才能使控制系统正常工作及发挥其稳定性能，在电路设计中，不仅需要为器件提高各种高性能的功率输出，还包括选择合适的旁路，去耦电容以及滤除各种干扰信号。现目前挖掘机电控系统及车载电气设备大部分使用24V直流电，结合匹配机制以及抑制高压浪涌、限流、转换等预处理问题后再进一步转换成各功能模块所需电源。电源管理方面需考虑外围电路需求和遥控挖掘机启动瞬间可能有高压冲击、负载突变，同时需考虑工作温度和电路设计等综合考虑。如下图3-6所示是电源转换电路示意图。图3-6电压转换示意图其中，电源设计方面设计使用AnalogDevices公司的LT4363IS-1芯片进行抑制浪涌和稳压，使电压稳定输入。然后使用友台半导体公司的UMW-LM2596HVS电容芯片把电压从24V降到5V；再采用德州仪器公司的TPS63020电容芯片把电压从5V转换到3.3V，保证外围电路（通信电路、CAN、RS-232）的稳定及可靠性型。其中，24V降压至5V电源转换电路如图3-7所示，图3-724V转5V电压3.2.2遥控发射端电源设计遥控发射端的电源设计与遥控接收端大同小异，差别主要在于供电电压上，遥控接收端微挖掘机直流24V供电，而遥控发射端则考虑到续航、节能等因素，则采用12V电源电压设计，12V转成5V的电源设计同样使用友台半导体公司的UMW-LM2596HVS电容芯片。设计电路图如图3-6所示，只是把24V电源输入变成12V电源输入，达到一样的效果。而5V转成3.3V的电源设计就采用某公司生产的AMS1117-3.3V。电路稳压设计如图3-8所示。图3-85V转3.3V电压3.3信息收集电路为保障遥控准确性以及稳定性，需要采集遥控挖掘机的各种信息，包括各种开关，传感器信号、摇杆、按钮等操作元件，对其遥控安全性增加一份保证，目前系统需要的采集的有模拟信号采集电路和数字信号采集电路。3.3.1开关量信号采集电路根据市场上现有的挖掘机功能，需要的开光量不多，决定直接用开关信号来模拟挖掘机底盘灯灯光和臂灯灯光的开启与闭合。同时，确保遥控质量，采用无线发射与接收。3.4其他元器件电路3.4.1无线数传模块无线数传芯片的选型在本设计中举足轻重，是保证能得到较为理想的通信效果前提，是保证遥控信号的传输效率。为减少开发周期同时兼顾数据传输方式、功耗、供电电压、接收灵敏度等情况，综合考虑选择了 HC-12型无线传输模块。该模块拥有433Mhz发射频率，四种不同工作模式，高达100mW（20dBm）发射功率，还自内置MCU，通过串口和外部设备进行通信等，如表3-9所示为HC-12无线传输模块的参数。表3-9HC-12无线传输模块的参数参数名称参数值参数名称参数值型号HC-12模块尺寸27.4×13.2×4mm通信接口UART3.3V~5.5VTTL电平工作频段433.4~473.0MHz工作电压3.2~5.5V天线接口弹簧天线/天线插座通信电平3.3V/5V电平工作湿度10％~90％发射功率20dBm（MAX）工作温度-25℃~+75℃参考距离1000m通信高达1000M以上等特点，完全可满足本设计要求。实物如图3-17所示。图3-10无线传输实物图该功能模块的与单片机相接的原理图如图3-11所示。图3-11无线模块与单片机之间的连接3.4.2摄像头模块摄像头模块是可视化系统的主要采集工具之一，合适稳定的摄像头有助于视频采集质量的保证，是独立于遥控系统之外的系统，因此可视化系统的设计与遥控系统无交互，设计独立在此选择市面上较为成熟的摄像头即可，本小节不多赘述。3.4.3复位电路日常生活使用中，可能会有系统乱码，程序缺失等，导致系统无法工作，为保证系统可靠性，必须设计上电的复位电路[15]，设计如图3-19所示。图3-19复位电路3.5硬件系统的可靠设计硬件系统的可靠设计是整个系统的保证，是稳定工作的可靠前提，更是整机系统的生命线。本环节从已从前面所述中选了元器件，接下来的电路设计和PCB设计、层叠、光绘、散热等都交给专业的公司去设计和生产，故此不再多赘述。3.6小结本章介绍了控制系统的控制器硬件设计电路。根据现实要求和AT89C52主控芯片的特性确定一系列的硬件方案设计，接着把设计方案和想要的功能及元器件交给厂商加工生产。

4控制系统软件总体设计和可视化系统的实现控制系统的整体稳定性和可靠性离不开硬件的支持，更需要软件系统的支持，更新与优化。本小节将阐述如是实现软件程序开发与实现。4.1控制软件的总体设计结合遥控器系统的需求和硬件电路的设计，软件设计需要完成的主要工作有以下几个方面：系统初始化。例如时钟电路、定时器、中断器及UTAR等配置问题。数据采集程序初始化。例如摇杆模块的ADC信息初始化，多个开关量的按键程序设计。无线通信设计。包括HC-12芯片寄存器，发射和接收的程序设计。串口程序设计。主要能在发射器与接收器之间的内部数据进行互传，设置传输波特率[16]等。4.2总流程方案设计整个系统软件设计主程序流程如图4-1所示，按下点火开关后，单片机开始工作，进行电机、键盘模块进行初始化，初始化完成之后就开始进入while(1)循环中一行一行的执行代码。4.2开关程序开关检测设计按照硬件的连接配置，使开关量采集通道高电平、低电平有效的响应情况，同时设定一个延时10ms的定时器来采集每一次所有的通道的开关量的状态，然后输出给AT89C52RD2控制芯片即可。如图4-1示是Proteus仿真开关按键。图4-1开关仿真按键4.3通信模块程序设计在3.4.1小节中介绍了无线传输模块，与单片机的连接很简单，直接连上即可，然后通过USB串口连接电脑设定串口通信波特率后，在keilC51上编好串口通信编程烧录进去即可通信。程序示例；#include"uart.h"UARTUart={0};//新建一个结构体voidUART_Configure(u16BaudRate)//初使化函数{u8TH1_Dat;switch(BaudRate){case1200:TH1_Dat=0xE8;break;case2400:TH1_Dat=0xF4;break;case4800:TH1_Dat=0xFA;break;case9600:TH1_Dat=0xFD;break;case14400:TH1_Dat=0xFE;break;} TMOD&=0x0F;TMOD|=0x20;SCON=0x50;TH1=TH1_Dat;TL1=TH1;PCON|=0x00;EA=1;ES=1;TR1=1;}voidUART_SendByte(u8dat)//单字符发送{SBUF=dat;while(!TI);//等待发送数据完成TI=0;}voidUART_Send(u8*arr,u16len)//多字符发送{u16i;for(i=0;i<len;i++){SBUF=arr[i];while(!TI);//等待发送数据完成TI=0;}}voidUART_SendStr(u8*str)//字符串发送{while(1){if(*str=='\0')break;SBUF=*str++;while(!TI);TI=0;//清除发送完成标志位}}voidUART_RX_BUFF_Clear(void)//接收缓存数据清除{u16i; for(i=0;i<USART_RX_LEN;i++) { Uart.RX_BUFF[i]=0;//用于数据处理 //Uart.RX_BUFF[i]='\0';//用于文本处理 }}voidUART_IRQHandler(void)interrupt4//串口中断函数{if(RI==1){ RI=0;//清除RI硬件接收中断标志 Uart.RX_BUFF[Uart.RX_COUNT++]=SBUF; if(Uart.RX_COUNT>=USART_RX_LEN)Uart.RX_COUNT=0; if((Uart.RX_BUFF[Uart.RX_COUNT-2]=='/')&&(Uart.RX_BUFF[Uart.RX_COUNT-1]=='/'))//结束符"//" { Uart.RX_OKFlag=1;//=1表示接收完成 Uart.RX_OK_LEN=Uart.RX_COUNT;//记录接收长度 } }}4.4可视化系统的主要结构可视化系统的主要目的是显示挖掘机工作运行状态和作业环境情况的实时视频[17]，向操作者反馈当前的操作信息，更好判断挖掘机的工作，提升效率。为此可视化系统的主要功能有：视频实时显示模块、音频传输模块。其中视频实时显示模块主要结构如5-1图所示：图4-2可视化系统示意图其中摄像头采集的信号以A/V模拟信号为主，后经过转换成无线信号发送出去给接收端，接收端收到模拟信号A/V后可直接输出或再次转成HDMI接口的遥控操作显示器。显示器直接采用市面上成熟的方案即可。目前市面上有1.2GHz、2.4GHz和5.8Ghz等无线传输系统。经过分析考量选择了5.8GHz这一频段。本次产品选某公司生产的TS832无线发送器+RC832无线接收机套餐，5.8GHz工作频率，32个频道可选，发送频率600MW，收发距离在无遮掩情况下高达1700M，超过上述3.4.2无线数传模块的距离，符合设计要求。可视化系统与遥控控制系统无交互，两者开发互不干扰。故可视化系统的设计开发过程过于简便，此小节不在赘述。4.6小结本章介绍了控制器软件的总体实现及可视化系统的实现过程，使用陀螺仪检测倾斜数据，对遥控操作挖掘机增加了一定的安全性。

5Keil程序编写和Proteus仿真分析5.1软件介绍KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，掌握C语言即可快速上次该软件。Proteus软件是单片机控制系统设计中最常用的一种仿真软件，由英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件，内部集成了PCB电路绘制，多种控制芯片及元器件，功能较为强大，能完美的再现程序的执行过程，与实验的切合度非常高，在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。5.2挖掘机工作原理仿真在日常生活中，常在工地上、各种工程上见到挖掘机工作，而挖掘机的主要挖掘动作可设想分解为由几个动作模块组成的复合动作，完成挖掘任务。行驶模块。在此模块中，挖掘机操作人员操纵推杆控制挖掘机前后行驶，在Proteus仿真中，采用左右模拟电机来仿真挖掘机的行走行动。平台回转模块。此模块中用1个旋转电机来模拟挖掘机在日常挖掘工作中，需要经常来回转动的动作。动臂模块。此模块中用1个升降电机用来模拟挖掘机中的挖掘动臂上下移动的动作，实现操控。斗杆模块。此模块中挖掘机通过改变斗杆位置更好的完成挖掘动作，模拟用斗杆电机用来模拟挖掘机中的斗杆上下移动位置。铲斗模块，此模块中使用1个斗杆电机来模拟挖掘机的动作还有臂灯和底盘灯，在Proteus仿真中使用LED灯来实现其功能。如图5-1所示为本次设计的总体仿真图，其中主要有内容有89C52单片机，矩阵键盘，时钟振荡电路，复位电路，LED灯光、L298N电机驱动模块及电机，由于Proteus里面没有HC-12无线传输模块，故没有在本次仿真中实现。图5-1Proteus仿真总体图其中，AT89C52的输出电压3.3V，而模拟电机至少需要5V以上的电压，无法直击驱动此模块，所以L298N电机驱动模块需另配DC12V电源。仿真中，按下仿真键后按下点火/熄火按钮后，模拟发动机的电机开始转动，可通过改变RV1电位器电阻改变模拟发动机的转速。按下左/右前进按钮，则相应模拟电机转动。5.3小节总结借用KEILC51软件进行本遥控挖掘机设计的程序编程，通过Proteus8.9SP0进行电路仿真，通过Proteus8.9SP0仿真的结果可以知道，该仿真结果能模拟挖掘机的动作，可以实现一定的动作控制。6总结6.1研究总结本文以国内外挖掘机控制系统的进行研究，以满足市场为要求，保障可拓展性和升级性的前提下，在原有的手动操作上增加一套遥控操作控制系统，主要的工作有：1.根据使用环境和开发成本，选择AT89C52主控芯片设计一系列硬件电路，通信网络、电源及电源复位等。2.使用KEILC51开发程序编程，对挖掘机运动控制进行一定的仿真，验证其是否可行。3.通过利用摄像头采集视频，使用无线视频传输模块，实现对工作环境的监测和语音接收，验证了可行性。6.2存在的不足之处1.传输距离虽远，但无法传输更大的数据，应研制或选用传输速率快、带宽大、抗干扰强等优点的无线通信装置。2.丰富可视化系统功能。在本文中可视化系统只起到