智能救援车田滨、陈东萍、张爱瑜

1、G甲10392008年ZLG杯山东省大学生电子设计竞赛智能救援车编 号：G甲1039学 校：山东大学院 系：控制科学与工程学院设计者：田 滨张爱瑜陈东萍赛前辅导教师： 姚福安万 鹏日 期：2008-9-12至2008-9-15智能救援车摘要：本系统以AT89S52单片机为控制核心，实现救援车的智能控制，包括智能避障、自动寻迹、探测铁片、声光报警、液晶显示等功能。由无线收发模块启动救援车，救援车前轮采用万向轮实现转灵活转向，后轮由两个直流减速电机分别驱动以实现差动控制，通过光电开关检测各方向障碍物，以PWM方式调整两个电机的转速来控制救援车的行进方向和速度，使智能救援车能够在较短的时间内穿越无导

2、引轨迹的建筑物，同时液晶显示模块记录显示救援车穿越建筑物所用的时间。离开建筑物，救援车通过寻迹模块沿引导轨迹行进，救援车前部的金属接近开关检测金属片，由电磁铁拾起金属片并在规定的地点将其放下，声光报警指示救援结束。关键词：AT89S52；直流减速电机；光电开关；金属接近开关Abstract: Based on the microcontrollerAT89S52, the system can realize the intelligent control of the rescue vehicle. It is consist of the following functional modu

3、les, smart obstacle avoidance, automatic track finding, detecting metal plates, sound and light alarm, LCD display, etc.Started by the wireless transceiver module the rescue vehicle is driven by two DC geared motorsto achieve differential control. At the same time, the rotary wheel installed in the

4、front of the vehicle will help it turn flexibly. The photoelectric switchesare used to detect the obstacles, so the directionand the speedof the rescue vehicle can be adjusted through PWM. The vehicle can cross the building in a short time which is displayed on the LCD panel. After leaving the build

5、ing, it goes along the guide track. When the metal-detection switch detect themetal sheet, the electromagnet will pick it up and lay it down at certain location, meanwhile the sound and light alarmmodule acts to show the end of the rescue process. Key words:AT89S52;DCgearedmotor;photoelectric switch

6、es目录1. 系统设计11.1 系统总体方案比较与论证11.2 单元模块设计31.2.1 控制模块31.2.2 避障模块41.2.3 寻迹模块41.2.4 金属检测模块41.2.5 电机模块41.2.6 电机驱动模块4电磁铁模块51.2.8 声光报警模块51.2.9 显示模块51.2.10 电源模块52 软件设计52.1 开发软件及编程语言简介52.2 软件实现63. 系统测试73.1 测试仪器及设备73.2 系统功能测试83.2.1 基本功能测试83.2.2 发挥部分功能测试84. 总结91. 系统设计1.1系统总体方案比较与论证根据题目的要求和系统扩展功能的需求，系统由如下模块组成图1.1

7、.1系统组成示意图智能救援车车体后侧两轮由两个直流减速电机带动，前面安装一个万向轮，方便救援车转弯。系统控制核心采用AT89S52单片机，由于AT89S52单片机没有PWM控制模块，需要定时器定时发出脉冲信号，因此对直流电机的控制占用很大资源，而系统的模块较多，所以选用两片单片机分工负责各模块。为使救援车顺利穿越建筑物，避障模块采用光电开关探测障碍物实现避障。离开建筑物，发光二极管和蜂鸣器组成的声光报警电路启动，金属接近开关探测铁片，由电磁铁将其拾起，并在规定地点将金属片放下。救援车在建筑物之外通过寻迹模块沿黑色导引线前进。整个系统的电源由7.2V镍镉电池提供。由于采用两个电机分别带动两个后轮

8、，即使给两个电机相同的电压，电机的转速也不同，因此需要光电开关探测墙壁以调整电机转速来实现救援车的前进、转向，依此。救援车的行驶有如下两种方案：方案一：安装三个光电开关用于探测墙壁。如图1.1.2，一个光电开关安置在救援车前侧，负责探测前方墙壁；另外两个光电开关安装在车体左侧，前后各一个，靠前的光电开关检测距离较近，用于小幅度校正救援车使其大致按直线前进，靠后的光电开关检测距离较远，用于探测出口位置。图1.1.2 方案一光电开关分布在建筑物内的直线走道上，救援车前方光电开关探测不到墙壁，左侧靠后光电开关始终探测到墙壁，由左侧靠前的光电开关探测墙壁的信息来保证救援车直线前进。当左前光电开关探测到

9、墙壁，则控制救援车向右偏转，否则控制救援车向左偏转，如此调整，以使救援车以小S路线沿墙壁行驶。当救援车前方遇到墙壁，若左侧靠后光电开关探测到墙壁，则救援车右转90度，若救援车左侧靠后光电开关探测不到墙壁，则向左转90度。此方案中，救援车需要在通道尽头灵活转弯，故要求车体足够小，致使电路模块不易排布，因此放弃此方案。方案二：安装五个光电开关，如图1.1.3，前面一个，左右两侧前后各一个，共五个。左右两侧靠前光电开关探测距离相对较近，保证救援车不碰触墙壁，基本直线行驶。靠后光电开关探测距离较远，用于探测出口位置。直线前进过程中，若左右两侧靠前光电开关均能探测到墙壁，则直线行驶；若左侧靠前光电开关探

10、测不到墙壁，则向左偏转；若右侧光电开关探测不到墙壁，则向右偏转。如此调整，以使救援车以小S路线在两侧墙壁中间行驶。当救援车前方遇到障碍物，若左侧靠后光电开关探测不到墙壁，则救援车左转90度，若救援车右侧靠后光电开关探测不到墙壁，则向右转90度。若前方无障碍且左侧探测不到墙壁，则延时一段时间后左转；若前方无障碍且右侧探测不到墙壁，则延时一段时间后右转。若行至通道尽头，无通路可走时，则原地转弯，继续行驶。此中方案所走路径近，对车体大小要求不严格，故选用此方案。图1.1.3 方案二光电开关分布1.2 单元模块设计1.2.1 控制模块微控制器控制模块在本系统中处于核心地位。其工作包括显示模块控制、响应

11、传感器中断、电机模块控制等。对微控制器的基本要求是速度快、资源配置合理。系统控制核心采用两片AT89S52单片机，单片机A、B分别控制不同模块（如图1.2.1）图1.2.1 双机控制模块1.2.2 避障模块避障模块是保证智能救援车在行进过程中，能自动选择适当路径，避开墙壁，找到通路。为确保智能救援车在行进过程中不会碰到墙壁，系统需要利用传感器检测障碍物，以调整两轮转速来实现方向的调整，避免与障碍物相撞。采用光电开关避障。光电开关将输入电流在发射器上转换为光电信号发射出，被检测物对光束进行遮挡或反射，接收器再根据接收到的光线强弱或有无对目标物进行探测。由于光电开关内置抗干扰电路，受环境光影响不大

12、，救援车在光线强或弱的环境中都能够较准确地探测。1.2.3 寻迹模块寻迹模块用以实现智能救援车在门外沿引导轨迹行进。题目中的轨迹是一条2cm宽的黑线，可以利用传感器探知轨迹。用JY043W光电对管寻迹，即用已调试的红外对管发射红外线垂直射到板面，白色会反射大部分的红外线，黑色吸收了大部分的红外线。红外对管在黑白交界处会产生跳变信号，信号送入单片机可以实现控制功能。1.2.4 金属检测模块金属检测模块的功能是在寻迹前进的过程中探测到金属片。采用金属接近开关探测金属，当有金属被其探测到时，输出端输出一个低电平，即发生一个负向跳变，将此负向跳变信号通过中断读入单片机，以控制电磁铁产生相应的动作。1.

13、2.5电机模块电机模块是本系统的执行机构，用于控制救援车的行进。采用小型直流减速电机。减速电机控制精度很低，虽不能准确控制电机转速，但可控制电机的正转、反转、不转等动作，且速度均匀性好。这已足够控制救援车的前行转弯后退等简单工作，控制简单，电源要求低，易于实现。1.2.6 电机驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。1.2.7电磁铁模块为实现救援车的救援功能，系统采用电磁铁拾起引导轨迹上的铁片。电磁继电器的工作原理

14、是线圈通电后产生磁力，吸引动片与定片断开或闭合，故将电磁继电器的线圈拆出作为电磁铁实现救援功能。1.2.8 声光报警模块本系统声光报警模块由蜂鸣器和发光二极管组成，当救援车开出B门或遇到铁片时，单片机I/O口输出控制信号控制蜂鸣器和红色发光二极管工作，救援车到达C点放下铁片，单片机I/O口输出控制信号使蜂鸣器和绿色发光二极管工作，指示救援结束。1.2.9 显示模块显示模块用来显示智能救援车从A门进入到从B门出来所用的时间、BD段、DC段的时间，使用OCMJ4*8C液晶显示器显示。液晶屏具有低功耗、影像稳定不闪烁、画面效果好、抗干扰能力强等特点。液晶动态显示功能强大，可以实现欢迎信息的显示，并提

15、供了一个友好的用户界面，使系统更加直观，更加趋于智能化、人性化。1.2.10 电源模块采用镍镉电池组，容量1800mAh，额定电压7.2V直接给直流减速电机供电，并且通过7805实现DC-DC变换产生5V电压给单片机以及其他模块供电。2 软件设计2.1 开发软件及编程语言简介系统软件设计采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。程序是在Windows XP SP2 环境下采用Keil uVision2软件编写的，可以实现救援车智能避障、自动寻迹、电机调速、金属探测、声光报警等功能。2.2 软件实现系统使用两片单片机作为控制核心，单片机A为主控制机，单片机B为辅控制机。两机主程序流程图如下，子程

16、序及中断服务程序见附录。3. 系统测试3.1 测试仪器及设备仪器名称型号用途数量PC机联想调试及下载程序1数字万用表MASTECH my-65测量个电路工作情况1秒表记录时间13.2 系统功能测试3.2.1 基本功能测试救援车在建筑物内行走状况：测试次数碰壁次数A到B行驶时间是否声光报警声光报警时间1043S是5S2042S是5S3145S是5S4247S是5S5144S是5S6145S是5S7042S是5S8144S是5S9043S是5S10042S是5S11042S是5S12043S是5S测试结果表明，智能救援车能够自动识别障碍物，并根据实时状况快速做出判断，准确的控制自身的转速与转向，在

17、规定的时间内顺利穿过建筑物。并在B出口停留5秒钟，同时声光报警。3.2.2 发挥部分功能测试测试次数BD段行驶时间D点DC段行驶时间C点拾起铁片？声光报警？停车？放下铁片？声光报警？17.8S是是11.5S是是是27.6S否是12.3S是否是37.5S是是11.7S是是是48.1S是是11.5S是是是57.7S是是11.6S是是是67.8S否是11.9S是否是77.6S是是12.1S是是是87.7S是是11.5S是是是97.5S是是12.3S是是是107.4S是是11.7S是是是117.7S是是11.8S是是是127.6S是是11.6S是是是测试结果表明，救援车能够较好地沿引导轨迹行进，于D点处捡起铁片，停车3秒并声光报警。救援车行至C点处停车，放下铁片并声光报警指示救援结束，满足题目发挥部分的要求。4. 总结本系统采用两片AT89S52单片机控制智能救援车各模块的工作，完成了题目中基础部分和发挥部分的要求，并在此基础上有所创新，实现了智能救援车的无线控制。本智能救援车完全由我们手工制作，智能车的底盘和车轮都是用环氧树脂板制作的。四天三夜的竞赛过程中，我们买器件、设计原理图、雕刻PCB电路板、编写程序、调试，终于完成了我们的作品。对算法的确定也是几经修改，最终才实现了预期的功能。虽然比赛的过程是辛苦的，但是我们学到了很多知识技能，在遇到问题时