智能救援小车

1、智能救援车摘要：本设计中智能车采用AT89C52单片机作为检测和控制的核心，实现救 援车的智能控制，包括智能避障、路面寻线、自动报警、自动寻找并吸取铁片等 功能。智能避障运用三对独立的含滤波功能的红外接收和发射管实现；路面寻线 采用的是四个一体的红外对管来检测；电机采用的是直流减速电机，采用PWM 控制两个电机的转速；运用电磁体来实现对铁片的吸取和释放。实现的功能是： 从出发点出发，进入迷宫区，在迷宫中自动检测出口，直到走出迷宫。走出迷宫 时鸣警示意。然后，寻着路面上的黑线行进，检测到黑线上任意位置的铁片时， 再次鸣警示意，并吸取铁片，到达指定位置后，自动放下铁片。关键词：智能救援；路面寻线；

2、智能避障；自动检测Abstract: This design by AT89C52 single chip microcomputer as intelligent vehicle detection and control of the core, JiuYuanChe intelligent control, including intelligence obstacle avoidance, road line, automatic alarm, automatic search and absorb iron etc. Function. Intelligence obstacle a

3、voidance of independence by three of the filtering, receiving and transmitting tube infrared, Road line is used for pipe of four infrared detection, Dc motor, gear motor is adopted PWM control two motor speed, Using electromagnets to achieve iron absorption and release. Functions: starting from the

4、start, into the maze, automatic detection in the maze of labyrinth, until exports. When the alarm bell of labyrinth. Then, the road to the black, black line of arbitrary position when the alarm bell, iron, and learn from the iron, reaches the specified location, automatic putdowm the piece.Keywords:

5、 intelligent rescue, Road line, Intelligence obstacle avoidance, Automatic detection一、方案的比较与选择1.1设计要求1.1.1设计任务设计制作一个智能小车，该小车能按照要求自动运行，通过一个建筑物中曲 折的道路，并完成规定的动作。设矩形建筑物有两个门A、B，门宽24厘米，建 筑物的墙壁是10厘米高（或与小车高度相同）、2厘米厚的矮墙，建筑物内无引 导轨迹（见图示1）。厘米1.5米D.373D厦米50 E3口厘荆1迷宫线路图厘米1.5米D.373D厦米50 E3口厘荆1迷宫线路图1.1.2设计要求 VF过程1

6、.基本要求:过程计时要求智能小车从A门进入并开计时中，能自动选择适当的路径，避开墙辑类到通路，三分钟之内到达B1.5米到达B门，停5秒，小车自动计时并数字显示AB段所用的时间，并 声光报警；1.5米2.发挥部分：自B门外，循弧形引导轨迹BC前进(引导轨迹为2厘米宽)；途中检测到铁片D (铁片D放置在轨迹BC前二分之一段上的任意位 置)时停车3秒，并声光报警；要求小车拾起铁片D，继续沿引导轨迹前进；到达C点；在C点处，放下铁片D并停止前进。声光显示救援结束，并停止计时， 分别显示BD、DC段所用的时间。铁片为直径2厘米的圆形薄片。1.2各控制模块方案的选择与论证1.2 .1控制模块(单片机的选择

7、)方案一：采用MCS-51系列单片机。传统的51单片机具有价格低廉，使用简 单等特点。方案二：采用PIC单片机作为控制模块。PIC具有丰富的资源：RAM，ROM空间大、 指令周期短、低功耗、低电压、可编程AD处理。鉴于AT89C52完全可以满足我们的需求，以及我们对它比较了解，因此我们采用方案一。1.2.2电机的选取方案一：用步进电机。步进电机可以精确地控制角度和距离。步进电机的输 出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低， 不适用于小车等有一定速度要求的系统。并且它的体积大，价格高，质量大，。 用步进电机的编程复杂，增加了编程的难度。方案二：采用直流电机。直流电机

8、运转平稳，精度有一定的保证。直流电机控制 的精确度虽然没有步进电机那样高，但完全可以满足本题目的要求。方案二能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了此方案。1.2.3电机驱动方案一：采用继电器对电机的开关进行控制，可以完成电机的正转，反转， 调速，但继电器响应时间慢，使小车运动灵敏度降低，增加了避障的难度。而且 机械结构易磨损，可靠性不高。它适用于大功率电机的驱动，对于中小功率的电 机则极不经济。方案二：采用集成的驱动电路芯片，如L298N、LG9110、L293等，集成芯片具 有体积小，可靠性安全性高，抗干扰能力强等优点，适合控制智能小车的运动。 有较大的电流驱动能力，连接方便，简单。综合以

9、上原则，选择L298N驱动直流电机。L298N的电路原理图如图2。12V5VL2Q8Nvss vs0UT1OUT2OUT3QUT4L2Q8Nvss vs0UT1OUT2OUT3QUT4ISENAISENB图2 L298N工作原理图VSS-9引脚为芯片供电VS-4引脚为电机供电ENA-6引脚为通道1使能端利 用单片机CCP模块等产生一定频率的脉冲作用于ENA，根据脉冲占空比不同就 可以得到不同的输出电压，从而达到调速目的。通过单片机的控制左右两个电机的转动。采用PWM进行分频，从而实现对电 机的转速进行控制。当需要左转时，通过单片机控制使得左边的电机转速慢于右 边的电机，从而使得小车左拐。同理，

10、可使小车右拐。1.2.4避障模块方案一：采用碰撞开关避障。这个方案结构虽然简单，但是救援车必须碰 到障碍物避障模块才能工作。有破坏性。方案二：采用红外传感器避障。红外传感器检测距离近，但受外界环境的 影响比较大。但是，可以用内部含有滤除干扰的红外接收头来解决这一问题。方案三：采用超生传感器，进口的超声传感器，换能器件薄，并且带处理 电路。输出与距离成比例的模拟信号，通过AD转换，可获得距离信息，但价 格贵。综上比较我们选择了方案二。1.2.5寻迹模块方案一：采用红外传感器。即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同 的反射性质，以单片机反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行 走路线。由

11、于黑白度不均，很容易造成误差，而且检测距离太近，电压变化不 太明显，灵活度低，不易控制。方案二：采用红外对管。利用红外线在黑线和白线的反射程度不同，通过 接受到的红外线的强弱来检测黑线与白线。由于，红外对管是向下发射的，受 环境的影响比较小，所以不需要滤波。且价格便宜。通过以上比较我们选择了方案二。红外管的原理图如图3.J1金属探测器最终方案经过仔细的分析和论证，决定了系统各模块控制模块：采用AT89的最终方案如下:（1）（3）152 16位单片机。电机模块：采用直流减速电机。电机驱动:采用 L298N.r-44 r r（4）避障模块：寻迹模块：铁片检测：检测开关E3-D4NK。系统的整体结构

12、框（5）（6）体的红图如避障模块外接收头（含滤波功能）、发射头。 卜对管。所示:报警模块铁片检测AT89C52*寻迹模块J1金属探测器最终方案经过仔细的分析和论证，决定了系统各模块控制模块：采用AT89的最终方案如下:（1）（3）152 16位单片机。电机模块：采用直流减速电机。电机驱动:采用 L298N.r-44 r r（4）避障模块：寻迹模块：铁片检测：检测开关E3-D4NK。系统的整体结构框（5）（6）体的红图如避障模块外接收头（含滤波功能）、发射头。 卜对管。所示:报警模块铁片检测AT89C52*寻迹模块单片机电机模块图5小车结构框图二、系统的硬件设计与实现2.1系统硬件的基本组成部分

13、的设计思想本题是一个光机电一体的综合设计，在设计汇总应用了检测技术、自动技术 和电子技术。系统的硬件可以分为控制部分、检测部分和功能部分。2.1.1控制部分（1）单片机控制部分单片机系统是整个智能系统的核心部分，它对各路传感信号进行采集、处理、分析及对个部分整体调制。其最小系统如图6。vccC-3-c寸Et-qVCCF!J1J5i=r-iO-lLj-lgU16SI1PIOPOOPHPU1P12P02P13P03P14PU4FT5P05P16P06P17P07INTIP20INTOP21P22T1P23TOP24_P25EM7PP26P27XIX2RE3ETRXD_TXD匝ALEj?刍阵日.J、

14、为3!上二 323；目1p%.337Io|41 3(553.5634R.473：383：2132122：22：315241|42.5231I 2(52722pfrri18I1_-RYSTAL1nr1(11qnr173(22pf16c 2!图IJ上5LL| / d、1（2）车身动力部分-电机部分采用普通直流电机PWM模式控制，PWM模式易于控制电机转速和拐 弯的角度，并且采用双电机驱动以利于小车的原地转向、后退、左转、右转等动 作的完成。L298N控制表如表1。表1 L298N控制状态ENA/ENBIN1IN2运转状态0XX停止110正转101反转111刹停100停止ENA,ENB分别为两个电机

15、的控制使能端。当为0时不工作，为1时工作。通 过控制IN1、IN2来控制电机的转动状态。（3）检测障碍物部分这部分是车身控制和功能实现部分的基础。单片机通过对传感器信号的处理 来控制电机正转、反转或不转，从而控制小车的前进、左转、右转、后退、原 地转等动作，基本原理可用下图来表示（如图7）。输控出制信信图7传感器检测部分方框图障碍物检测我们用的是红外传感器，为了防止外界环境的影响我们用的是 三对独立的发射和接受头。且接受头内部含有滤波功能。该接受头只对38KHZ 的红外线有较强的接受功能。因此，必须控制发射头的发射频率。为了减小单 片机的负担。我们采用555定时器来产生相应的频率的电信号来给发

16、射头供电。 555定时器的电路原理图如图8。接受到信号后通过比较器把接受到的模拟信号转换为数字信号，并把数字信号传 递给单片机。单片机根据接受到的检测信号来判断障碍物的位置，并进一步控制 电机的转速，从而达到躲避障碍物的目的。（4）寻迹模块光电检测模块是用以实现小车沿着场地上标出的黑色路线运动的。且不能偏 离该轨迹。题目中的路径是一条2.5cm的黑线，周围是白色的地面，可以用红外 对管来实现寻迹。寻迹模块框图如图5。红外对管的应用原理与红外接收发射头的原理一致。采用四个红外对管来检 测路径。红外对管原理图如图3。四个红外对管的安装示意图如图9。ABCD图9红外对管安装图小车正常行驶时黑线在B、

17、C之间。小车骑在黑色胶纸上。四个接收头都为 低电平。当C为高电平时，证明小车偏向C处，通过单片机的控制，使其回到预 定位置。当A为高电平时，证明小车偏向A处，小车偏离的比较大，通过单片机 的控制，使其迅速回的预定轨道。整个系统处于一个闭环系统中。且系统能达到 稳定。（5）铁片的检测铁片被放置在黑线的任意位置。铁片的检测试通过接近开关实现的，当检 测到铁片时检测开关给单片机一个低电平。单片机受到信号后，使得电磁铁通电， 吸取小铁片，同时鸣笛示警。之后继续前进。当到达终点时，使电磁铁掉电，把 铁片放到指定位置。完成搜救任务。三、系统的软件设计3.1开发软件及编程语言简介系统的软件设计采用的C语言，

18、对单片机进行编程实现各项功能。C语言功 能丰富，表达能力强，目标程序效率高，可移植性好，既具有高级语言的优点， 又具有低级语言的许多特点，应用十分广泛。3.2软件的实现程序是在WINDOWS XP环境下采用Keil uVision2软件进行编译的。可以实 现小车对光电传感器的查询，障碍物的检测及躲避，电机的控制，线路的寻迹。3.2.1系统流程软件设计采用模块化设计方法，每一个模块对应一个文件，各模块之间耦合 度较小，比较容易修改和维护。主程序流程图如图10所示。寻迹模块如图11 所示。避障流程图如图12所示。NO图10NO图10主程序框图图11寻迹程序图图12避障程序框图四、系统测试4.1测试仪器及设备（见表2）表2测试仪器及设备仪器名称型号用途数量计算机联想PC调试程序1示波器TDS2202观察555发出波形1数字万用表DT9205测量各电路参数14.2性能测试4.2.1走迷宫功能测试把小车放在迷宫中，迷宫图如图1。小车进入迷宫后，一直走到迷宫底检测 到右边有通道右拐进入第二层。进入第二层后，检测到第二层另一侧左边有通道， 小车左拐进入第三层。小车在第三层行进，检测到第三层中间位置有通道，小车 不再继续前进，在中间位置直接右拐进入第四层。小车在第四层跑完，并在出口 跑出迷宫。4.2.2