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1.1設(shè)計(jì)任務(wù)概述 設(shè)計(jì)制作一個智能小車，該小車能按照要求自動運(yùn)行，通過一個建筑物中曲折的道路，并完成規(guī)定的動作。設(shè)矩形建筑物有兩個門A、B，門寬24厘米，建筑物的墻壁是10厘米高（或與小車高度相同）、2厘米厚的矮墻，建筑物內(nèi)無引導(dǎo)軌跡（見圖示）。 1.2基本任務(wù) 1、要求智能小車從A門進(jìn)入并開始自動計(jì)時(shí)，從B門出來，在行進(jìn)過程中，能自動選擇適當(dāng)?shù)穆窂剑荛_墻壁，找到通路，三分鐘之內(nèi)到達(dá)B門； 2、到達(dá)B門，停5秒，小車自動計(jì)時(shí)并數(shù)字顯示AB段所用的時(shí)間，并聲光報(bào)警； 1.3發(fā)揮部分 1、自B門外，循弧形引導(dǎo)軌跡BC前進(jìn)（引導(dǎo)軌跡為2厘米寬）； 2、途中檢測到鐵片D（鐵片D放置在軌跡BC前二分之一段上的任意位置）時(shí)停車3秒，并聲光報(bào)警； 3、要求小車拾起鐵片D，繼續(xù)沿引導(dǎo)軌跡前進(jìn)； 4、到達(dá)C點(diǎn)； 5、在C點(diǎn)處，放下鐵片D并停止前進(jìn)。聲光顯示救援結(jié)束，并停止計(jì)時(shí)，分別顯示BD、DC段所用的時(shí)間。鐵片為直徑2厘米的圓形薄片。 注:智能救援小車場地圖片的相關(guān)說明
智能救援小車場地圖 二、系統(tǒng)方案論證與選擇 根據(jù)題目中的設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由微控制器模塊、電源模塊、避障模塊、循跡傳感器模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動模塊、金屬檢測模塊、角度測量模塊，語音提示模塊以及液晶顯示模塊等構(gòu)成。本系統(tǒng)的方框圖如圖1所示： 系統(tǒng)總框圖 為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 2.1車體方案論證與選擇 方案1：購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動電路。玩具電動車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動車一般都價(jià)格不菲。因此我們放棄了此方案。 方案2：自己制作電動車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動，在校車后面加萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，車體尾部裝一個萬向輪。這樣，當(dāng)兩個直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動輪與后萬向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐穩(wěn)定的作用。對于車架材料的選擇，我們經(jīng)過比較選擇了實(shí)驗(yàn)室常用的敷銅電路板。用敷銅電路板做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。綜上考慮，我們選擇了方案2。制作的小車實(shí)物如下圖所示：
小車實(shí)物 2.2控制模塊論證與選擇 方案一：采用凌陽公司的16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動能力強(qiáng)、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、具有語音處理、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，但考慮到我們小組對這個方案采用的微處理器并不熟悉，使用起來并不是很方便，這對于硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件編程增加了難度。我們決定不再使用此方案，考慮其他方案。 方案二：采用STC 89C52單片機(jī)作為主控制器。STC 89C52是一個超低功耗，和標(biāo)準(zhǔn)51系列單片機(jī)相比較具有運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng)，支持ISP在線編程，片內(nèi)含8k空間的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀存儲器，具有256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個I/O口，2個16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。其指令系統(tǒng)和傳統(tǒng)的8051系列單片機(jī)指令系統(tǒng)兼容，降低了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難度，電路設(shè)計(jì)簡單、價(jià)格低廉，在后來的實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，STC 89C52精確度和運(yùn)算速度也都完全符合我們系統(tǒng)的要求。 綜合以上方案我們選擇比較普通的更為熟悉的方案二使用STC89C52單片機(jī)為我們整個系統(tǒng)的控制核心。 2.3電源模塊論證與選擇 由于本系統(tǒng)需要給救援小車系統(tǒng)供電，我們考慮如下幾種方案: 方案一：采用7.2V可充電動力電池組。動力電池組具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力及穩(wěn)定的電壓輸出性能，經(jīng)測試在用此種供電方式下，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機(jī)工作良好，且電池體積較小、可以充電、能夠重復(fù)利用等，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 方案二：采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其它芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，由于我們的車體在設(shè)計(jì)時(shí)空間有限，在小型電動車上使用極為不方便，因此我們放棄此方案。 綜上考慮，我們選擇了方案一來完成智能救援小車系統(tǒng)供電的任務(wù)。 2.4電機(jī)模塊選擇與論證 方案一：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便，小車電機(jī)內(nèi)部裝有減速齒輪組，所以并不需要考慮調(diào)速功能，很方便的就可以實(shí)現(xiàn)通過單片機(jī)對直流減速電機(jī)前進(jìn)、后退、停止等操作， 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)，由于其轉(zhuǎn)動的角度可以精確定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)距離和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高的轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低時(shí)不適于小車等對速度有一定要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較分析我們決定放棄此方案。 綜合以上考慮我們選擇方案一的直流減速電機(jī)作為整個救援小車的驅(qū)動電機(jī)。 2.5電機(jī)驅(qū)動模塊選擇與論證 方案一：采用分立組件組成的平衡式驅(qū)動電路，這種電路可以由單片機(jī)直接對其進(jìn)行操作，但由于分立組件占用的空間比較大，還要配上兩個繼電器，考慮到小車的空間問題，此方案不夠理想,我們決定放棄此方案。
方案二：因?yàn)樾≤囯姍C(jī)內(nèi)部裝有減速齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，采用市面易購的電機(jī)驅(qū)動芯片L293D控制減速電機(jī)，該芯片是利用TTL電平進(jìn)行控制，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止操作，亦能滿足直流減速電機(jī)的要求，用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動具有的操作方便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 綜合以上分析與論證我們選擇方案二的驅(qū)動芯片L293D作為整個救援小車系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動電路。 2.6避障模塊的選擇與論證 方案一：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。但是超聲波傳感器需要40KHz的方波信號來工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗ぷ黝l率要求較高，偏差在1％內(nèi)，所以用模擬電路來做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。因此我們考慮其它的方案。 方案二：用漫反射式光電開關(guān)進(jìn)行避障。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)光線發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，其接收電路據(jù)此做出判斷反應(yīng)，物體對紅外光由同步回路選通而檢測物體的有無。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。考慮到本系統(tǒng)只需要檢測障礙物，沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案二。光電開關(guān)的實(shí)物如下圖：
2.7循跡模塊選擇與論證 方案一：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白色軌跡上方和黑色軌跡上方時(shí)，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。單片機(jī)據(jù)此來判斷小車是否偏離軌道，并根據(jù)反饋來不同的電平信號，發(fā)出相應(yīng)的控制操作命令來校驗(yàn)小車的位置。來完成小車的循跡任務(wù)。但是這種方案的缺點(diǎn)是受環(huán)境中光線的影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其它更加穩(wěn)定的方案。 方案二：用RPR220型光電對管完成系統(tǒng)循跡。RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。RPR220特點(diǎn)：塑料透鏡可以提高靈敏度。內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。 經(jīng)測試方案二不論是在黑暗或者是強(qiáng)光照射下，小車系統(tǒng)均可以很穩(wěn)定的工作，對環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)。因此我們選擇方案一。 2.8金屬傳感器模塊論證與選擇 方案一：采用CCD圖像傳感器 利用CCD圖像傳感器可適用于各種量的檢測。具有檢測的圖像清晰、準(zhǔn)確，圖像界面友好，但是用CCD圖像傳感器需要處理的信號量太大，，價(jià)格昂貴，硬件電路設(shè)計(jì)困難，軟件編程復(fù)雜，其體積較大對于空間有限的小車上使用存在諸多的不便，故CCD不使用與本系統(tǒng)。 方案二：采用電感式接近開關(guān) 電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。其體積較小適合在空間有限的智能救援小車上使用其實(shí)物圖如下圖所示： 通過以上分析我們選擇方案二，采用電容式接近開關(guān)來完成題目中的尋找鐵片的任務(wù)。 2.9鐵片轉(zhuǎn)移模塊論證與選擇 鐵片轉(zhuǎn)移模塊主要實(shí)現(xiàn)金屬傳感器在探測到金屬后，把金屬轉(zhuǎn)移到指定區(qū)域。 方案一：采用高強(qiáng)度磁鐵實(shí)現(xiàn)鐵片的移動。高強(qiáng)度磁鐵具有使用簡單，無需外圍電路，直接將磁鐵放置在救援小車底盤的某一固定位置，當(dāng)救援小車靠近鐵片時(shí)，將鐵片吸附在磁鐵表面，以達(dá)到轉(zhuǎn)移鐵片的目的。但是不能按要求把鐵片放下，由于此方案不能很好的完成要求，我們決定放棄此方案。 方案二：利用電磁繼電器在通電時(shí)可產(chǎn)生磁場的原理，利用電磁繼電器通電的瞬間所產(chǎn)生的磁場來完成金屬鐵片的轉(zhuǎn)移任務(wù)，停電無磁場放下鐵片。電磁繼電器電流小，磁力強(qiáng)，易于單片機(jī)I/O口的控制。 綜合以上方案論述我們選擇方案二，實(shí)現(xiàn)小車轉(zhuǎn)移鐵片。 2.10報(bào)警和語音提示模塊選擇與論證 方案一：采用IDS1420可分段錄放音模塊和功率放大電路。其輸出信號通過功率放大電路放大后輸出。IDS1420語音芯片可通過單片機(jī)進(jìn)行錄放音的控制，其優(yōu)點(diǎn)是能夠給人以直觀的提示，采用直接模擬量存儲技術(shù)，語音質(zhì)量較好，可讀性較好，功耗低，，這些條件都為救援小車的語音提示準(zhǔn)備了很好的條件。 方案二：采用單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率信號通過蜂鳴器來完成聲音提示功能，其硬件電路和較容易實(shí)現(xiàn)，但其缺點(diǎn)是給人以提示的可懂性比較差，給人的感覺不夠直觀，考慮的本題目的具體要求，我們決定不采用此方案。 通過以上方案論述我們選擇方案一，完成救援小車系統(tǒng)的語音提示功能。 2.11顯示模塊論證與選擇 方案一：采用LED數(shù)碼管顯示。 LED顯示具有硬件電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、軟件實(shí)現(xiàn)相對容易等優(yōu)點(diǎn)，但是由于我們計(jì)劃要顯示小車運(yùn)行時(shí)間，LED數(shù)碼管無法顯示如此豐富的內(nèi)容，因此我們放棄此方案。 方案二：采用LCD液晶顯示。LCD液晶具有功耗低、顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，顯示速度較快，界面友好等而得到廣泛應(yīng)用，因此我們選擇此方案。 通過以上方案論述我們選擇方案二，顯示小車運(yùn)行時(shí)間的任務(wù)。 2.12智能救援小車最終方案 經(jīng)過反復(fù)的探討和論證我們最終確定智能救援小車的如下最終方案： 1.車體用敷銅電路板手工制作。 2.采用STC89C52單片機(jī)作為整個電路的控制核心。 3.使用7.2V可充電動力電池組為系統(tǒng)提供基準(zhǔn)電源。 4.采用直流減速電機(jī)作為救援小車系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)。 5.使用電機(jī)專用驅(qū)動芯片L293D作為直流減速電機(jī)的驅(qū)動芯片。 6.采用光電開關(guān)傳感器組成救援小車的避障系統(tǒng)。 7. 用RPR220型光電對管完成系統(tǒng)的尋跡任務(wù)。 8. 采用接近開關(guān)完成金屬檢測任務(wù)。 9. 利用線圈通電可以產(chǎn)生磁場的原理完成貼片的轉(zhuǎn)移。 10. 采用IDS1420錄放音模塊完成救援小車的語音提示功能。 壓。 三、硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn) 3.1救援小車主線路板制作 在線路板制作設(shè)備的選擇上，我們使用的是德國專業(yè)電路板設(shè)備LPKF ProtoMat? S62 電路板刻板機(jī)。LPKF線路板雕刻機(jī) ProtoMat? S62 的精確度較高，分辨率高達(dá)0.25 微米。可快速制作各種復(fù)雜對精度要求較高的線路板，該線路板雕刻機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是：制作雙面線路板的速度較快，特別適合對時(shí)間有較高要求的電子設(shè)計(jì)競賽試用，其實(shí)物圖和救援小車系統(tǒng)線路板的實(shí)物圖分別如下圖所示：
雕刻機(jī)實(shí)物 線路板實(shí)物圖 3.2微控制器電路的設(shè)計(jì)與原理 微控制器電路是整個智能救援小車系統(tǒng)的核心控制部分，它負(fù)責(zé)對各路傳感信號的采集、處理、分析及對各部分硬件電路進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計(jì)制作的智能救援小車系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路為整個系統(tǒng)的控制電路，通過各種傳感器電路，采集各種傳感器信息，以發(fā)出各種控制信號命令，來完成相應(yīng)的操作，單片機(jī)控制電路原理圖如所示： 單片機(jī)控制電路原理圖 3.3電源電路原理與設(shè)計(jì) 電源電路為系統(tǒng)提供基準(zhǔn)電源，是整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定性關(guān)鍵所在，本系統(tǒng)采用7.2V可充電動力電池組，可充電反復(fù)利用，動力電池組具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力及穩(wěn)定的電壓輸出性能，經(jīng)測試在用此種供電方式下，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機(jī)工作良好。其充電電路原理圖如圖所示： 3.4電機(jī)驅(qū)動電路的原理與設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中采用的電機(jī)專用驅(qū)動芯片L293D。L293D是歐洲著名的SGS公司的產(chǎn)品，為單塊集成電路、高電壓、高電流、四通道驅(qū)動。設(shè)計(jì)用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負(fù)載(比如繼電器，直流電機(jī))，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。其額定工作電流為1A，最大可達(dá)1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大可達(dá)36V。 輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系 L293d可直接的對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作（表1是其使能端、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系。），操作非常方便，亦能滿足直流減速電機(jī)的大電流要求。調(diào)試時(shí)在依照上表，用程序輸入對應(yīng)的碼值，即可以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的操作。其驅(qū)動電路原理圖如下所示： 3.5避障電路的原理與設(shè)計(jì) 用漫反射式光電開關(guān)進(jìn)行避障。光電開關(guān)實(shí)際發(fā)射頭與接收頭于一體的檢測開關(guān)，其工作原理是根據(jù)發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，接收頭據(jù)此做出判斷是否有障礙物。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。單片機(jī)根據(jù)接收頭電平的高低做出相應(yīng)控制，避免小車碰到障礙物。由于接收管輸出TTL電平，有利于單片機(jī)對信號的處理。 小車采用漫反射式傳感器進(jìn)行避障的電路原理圖如下圖所示：
光電開關(guān)避障電路原理圖
避障光電開關(guān)實(shí)物圖 3.6光電開關(guān)的安裝 在避障傳感器的設(shè)計(jì)中，我們在車體底盤的前端裝有四個傳感器，用來起到避障的作用。四個傳感器的安裝位置與安裝方法相一致。具體的安裝位置如上圖： 3.7循跡電路的原理與設(shè)計(jì) 采用RPR220型光電對管完成系統(tǒng)循跡任務(wù)，循跡電路是用以實(shí)現(xiàn)小車沿著場地的黑色弧形引導(dǎo)軌跡BC進(jìn)行前進(jìn)和位置校正的，且小車不能偏離該軌跡。本課題設(shè)計(jì)中采用自制的RPR220型光電對管完成系統(tǒng)循跡任務(wù)，傳感器的數(shù)據(jù)線輸出信號為開關(guān)量，可直接與單片機(jī)的I/O引腳相連接，硬件電路實(shí)現(xiàn)比較簡單，其靈敏度可以通過調(diào)節(jié)多圈電位調(diào)。 在循跡檢測傳感器設(shè)計(jì)中，我們在車體底盤的前端裝有兩個傳感器，用來檢測黑色弧形軌跡，起到循跡前進(jìn)的作用。具體的安裝位置實(shí)物圖如下圖所示： 硬件電路 實(shí)物圖 3.8金屬檢測電路的原理與設(shè)計(jì) 金屬傳感器性能的好壞對于該系統(tǒng)的功能是否能實(shí)現(xiàn)，起著十分重要的作用。我們選用的是LJ12A3-4-Z/BX型號的電感式接近開關(guān)進(jìn)行金屬檢測工作，其電路原理如下圖所示，由于其數(shù)據(jù)輸出端通過5.1K上拉電阻，輸出的是TTL電平，輸出信號為開關(guān)量，可直接與單片機(jī)的I/O引腳相連接，硬件電路簡單，容易操作。其原理圖如下所示：
電感式接近開關(guān)原理圖
3.9鐵片轉(zhuǎn)移電路原理與設(shè)計(jì)， 鐵片轉(zhuǎn)移電路主要運(yùn)用了線圈通電產(chǎn)生磁場的原理，借助其所產(chǎn)生的磁場，把金屬傳感器檢測到的鐵片按題目的要求轉(zhuǎn)移到指定位置的操作要求，本設(shè)計(jì)電路中采用的是將線圈的輸入端直接與單片機(jī)的I/O相連接，通過改變單片機(jī)引腳的高低電平即可以實(shí)現(xiàn)線圈有磁性的變化。 3.10語音提示電路的原理與設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的智能救援小車的語音提示系統(tǒng)由IDS1420錄放音模塊和功率放大電路組。語音提示電路主要用來提示救援小車的工作狀態(tài)。IDS1420語音電路和功率放大電路的原理圖如下所示： IDS1420語音電路原理圖 3.11系統(tǒng)其它功能的擴(kuò)展 1.采用DS18B20測量環(huán)境溫度。測溫電路主要功能是用來測量環(huán)境溫度并通過液晶顯示，本系統(tǒng)測溫電路采用美國dallas公司的ds18b20數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測量這種傳感器體積小，使用電壓寬，測量溫度范圍為-55攝氏度到125攝氏度，一總線的數(shù)字方式傳送，大大提高了系統(tǒng)的考干擾能力。系統(tǒng)原理圖如下圖所示 2.通過無線遙控電路實(shí)現(xiàn)小車的無線控制和操作。 無線遙控電路主要實(shí)現(xiàn)小車的無線操作，系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，由單片機(jī)進(jìn)行控制操作。 3.通過編碼盤測量小車速度和路程功能。 光電碼盤為32份黑白相間的圓盤，將其緊貼在車輪的內(nèi)側(cè)。在鋁合金車架上打一個圓孔，RPR220型光電對管通過圓孔對光電碼盤進(jìn)行檢測就可以得到車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。從而計(jì)算出小車前進(jìn)的路程。 車輪的直徑為6cm，車輪的周長為 L＝2*π*R＝2*3.14*0.03=8.85cm 光電碼盤被平均分成了36份，每一份的弧長為 L=L/36=18.85cm/36=0.52cm 假設(shè)單片機(jī)檢測到黑白信號的變化為n，則 小車走過的路程為S＝n*0.52cm
4.通過傾角傳感器測量角度功能。 傾角傳感器通常用于測量角度和斜坡的高度，在救援小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們用WQH36-45傾角傳感器測量斜坡的高度，它是采用高性能磁敏感元件，利用重力結(jié)構(gòu), 可無電接觸點(diǎn)的測量傾斜角度。具有體積小、靈敏度高、壽命長、抗振動、耐環(huán)境污染（耐水，油和各種惡劣環(huán)境）.特別適合 用于運(yùn)動頻繁場合的水平姿態(tài)角度的測控和平面定位等工作場合。其原理圖如下所示：
5.采用ADC0832組成的電壓測量電路，并通過液晶顯示救援小車系統(tǒng)電池組的電壓。以5.5考電壓，低于5.5報(bào)警提示充電。 四、軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)與說明 4.1主程序流程圖 我們所設(shè)計(jì)的軟件的主程序流程圖如下圖所示：
4.2路面循跡子程序流程圖 
- #include"reg51.h"
- #define uchar unsigned char
- #define uint unsigned int
- #define forward 0x5f
- #define back 0x0f
- #define right 0x4f
- #define left 0x1f
- #define stop 0xff
- #define bleft 0x9f
- #define bright 0x6f
- sbit cs_245=P3^4; //光電開關(guān)信號輸入使能端
- sbit c=P1^2; //轉(zhuǎn)向燈使能端
- sbit baojing=P1^4; //報(bào)警控制位
- sbit jdq=P3^1; //抓金屬控制位
- sbit js=P3^0; //金屬探測位
- uchar code lcd[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x38,0x39}; //液晶顯示代碼
- uchar date1=0,second=0,minute1=0,minute2=0; //時(shí)間
- uchar number1=0 ,number=0; //障礙物標(biāo)志個數(shù)
- /**********************/
- /*電機(jī)控制部分*/
- /*********************/
- void run_forward() //向前運(yùn)動
- { P2=forward;delay(1000); display(); }
- void run_back() //向后運(yùn)動
- { P2=back; delay(1000); display(); }
- void run_left() //向前左轉(zhuǎn)
- { P2=left; delay(2500); display(); }
- void run_right() //向前右轉(zhuǎn)
- { P2=right; delay(2000);display();}
- /* 尋跡子程序
- void xunji()
- { uchar temp=0 ; cs_245=0;
- temp=P0&0xc0; //白線的檢測
- switch(temp)
- { case 0xc0:{ run_forward(); deng(forwardd);cs_245=0;} break;// case 0x80:{run_left(); run_right();deng(rightd); cs_245=0;} break;
- case0x40:{run_right(); run_left();deng(leftd);cs_245=0;} break;//right
- default :break;}
- }
- /*避障子程序
- void bizhang()
- { uchar temp2=0，c1=0,c2=0,c3=0,c4=0,c5=0,c6=0,c7=0; ;
- cs_245=0;
- temp2=P0&0x38; //檢測障礙
- switch(number) //障礙物的個數(shù)判斷來做相應(yīng)的轉(zhuǎn)向
- { case 1:{ run_forward(); deng(forwardd);cs_245=0;} break;
- case 2:{ run_right();deng(rightd); cs_245=0;} break;
- case 3:{ run_left();deng(leftd);cs_245=0;} break;
- case 4:{ run_forward(); deng(forwardd);cs_245=0;} break;
- case 5:{ run_right();deng(rightd); cs_245=0;} break;
- default :break; }
- }
- //時(shí)間顯示函數(shù)
- void display()
- { uchar lcd1[1]=0,lcd2[1]=0,lcd3[1]=0,lcd4[1]=0;
- lcd1[0]= lcd[date1];//m1
- lcd2[0]=lcd[second];//m2
- lcddisplay2(lcd1,lcd2,lcd3, lcd4 )}
- void star()
- {TMOD=0x11;IE=0x8b;} //定時(shí)器的
- //主函數(shù)
- void main(void)
- { star(); //定時(shí)器的初始化
- while(1)
- { xunji(); //尋跡子程序
- bizhang(); //避障子程序
- }
- }
五、系統(tǒng)功能測試 5.1使用儀器及設(shè)備清單的說明 本次設(shè)計(jì)中使用的相關(guān)儀器清單如下表所示 使用儀器及設(shè)備列表 5.2系統(tǒng)功能測試 5.2.1基本要求部分的功能測試 (1) 在規(guī)定的場地內(nèi)智能救援小車從A門進(jìn)入，自動選擇路徑從B門出來。小車行駛路線的示意圖如下所示： 5.2.2發(fā)揮部分的功能測試 救援小車在B門的位置通過循跡電路沿著黑色引導(dǎo)線BC前進(jìn)，在金屬傳感器檢測到鐵片D時(shí)，單片機(jī)控制相應(yīng)的電路將鐵片撿起并轉(zhuǎn)移到指定的位置，在這個過程中單片機(jī)同時(shí)控制相應(yīng)的電路發(fā)出語音和發(fā)光提示，指示智能救援小車以完成救援任務(wù)。智能救援小車在實(shí)現(xiàn)發(fā)揮部分時(shí)所行駛的路線示意圖如下所示： 小車發(fā)揮部分功能及其它功能測試 測試步驟如下： （1）首先把小車放在場地的入口處，按照題目所規(guī)定的要求，智能救援小車從A門進(jìn)入自動選擇路徑從B門出來。在行駛過程中，救援小車可以自動選擇路徑行走，其行走路線如上圖所示。智能救援小車從A門進(jìn)入后開始計(jì)時(shí)，并通過液晶顯示來顯示救援小車系統(tǒng)所消耗的時(shí)間，再從B門出來。在行進(jìn)過程中，救援小車可以自動避開墻壁，找到通路，可以在三分鐘之內(nèi)完成到達(dá)B門的要求，在B門處，小車檢測到黑色標(biāo)志，小車停止運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出聲光，提示基本部分測試完畢。 （2）救援小車從B門外，通過循跡黑色弧形引導(dǎo)線BC前進(jìn)（引導(dǎo)軌跡為2厘米寬），在循跡黑色弧形引導(dǎo)線途中，通過接近開關(guān)電路檢測到鐵片D時(shí)停車3秒（注意：鐵片D放置在軌跡BC前二分之一段上的任意位置），并由語音電路發(fā)出語音提示，由LED發(fā)光電路發(fā)光提示。單片機(jī)通過金屬傳感器電路采集到金屬信息時(shí)，通過控制相應(yīng)的磁感應(yīng)電路接通產(chǎn)生磁場，利用線圈通電時(shí)可產(chǎn)生磁場的原理撿起鐵片，撿起鐵片之后金屬傳感器的檢測信號不再發(fā)生變化，救援小車?yán)^續(xù)沿黑色引導(dǎo)軌跡前進(jìn)。當(dāng)救援小車到達(dá)黑色弧形引導(dǎo)軌跡線的終點(diǎn)C之后，小車通過RPR220型光電對管電路通知單片機(jī)救援小車已完成本次救援任務(wù)，單片機(jī)通過控制相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動電路停止電機(jī)的運(yùn)行，通過改變相應(yīng)的磁感應(yīng)電路的電平狀態(tài)放下鐵片D，液晶顯示電路分別顯示走過BD、DC段軌跡所消耗的時(shí)間。同時(shí)在此過程中，單片機(jī)控制語音電路和發(fā)光二極管發(fā)光電路同時(shí)發(fā)出語音和發(fā)光的提示，指示救援小車的救援任務(wù)結(jié)束（救援小車系統(tǒng)測試的具體參數(shù)見下表）。 智能救援小車系統(tǒng)的功能參數(shù)列表： 基本部分?jǐn)?shù)據(jù)參數(shù) | | | 至B端停留發(fā)出聲光提示的時(shí)間（s） | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
發(fā)揮部分?jǐn)?shù)據(jù)參數(shù) | 從B端到鐵片D點(diǎn)行駛時(shí)間(s) | | 從鐵片D點(diǎn)處到終點(diǎn)C所用時(shí)間(s) | | 在C點(diǎn)處停留發(fā)出聲光提示的時(shí)間(s) | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
六、結(jié)論 測試表明，小車能夠較好的完成題目要求的基本要求和發(fā)揮部分。同時(shí)本智能救援小車的特色是：光電開關(guān)判斷避障物的準(zhǔn)確、RPR220型光電對管能穩(wěn)定的完成循跡、救援小車應(yīng)用了電感式接近開關(guān)檢測鐵片，經(jīng)測試我們發(fā)現(xiàn)其檢測金屬準(zhǔn)確、靈敏度較高，液晶顯示效果良好，語音播報(bào)清晰，智能救援小車系統(tǒng)運(yùn)行正常，各模塊電路參數(shù)穩(wěn)定。較好的完成了題目中所規(guī)定的基本部分和發(fā)揮部分，系統(tǒng)還擴(kuò)展了其它常用功能，如溫度顯示等。
在本次設(shè)計(jì)大賽中，，通過我們共同的努力，我們完成了智能救援小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，本設(shè)計(jì)中的救援小車能完成了大賽題目要求的大部分功能，同時(shí)也提高了我們的創(chuàng)新意識和團(tuán)隊(duì)合作意識，培養(yǎng)了我們認(rèn)真分析問題、獨(dú)立解決問題的能力，鞏固了我們對所學(xué)理論的實(shí)際運(yùn)用。還鍛煉了我們的動手實(shí)踐能力，使我們更有信心在電子行業(yè)中繼續(xù)學(xué)習(xí)下去。 在比賽的四天三夜的努力拼搏中，受益匪淺，終生難忘。我們不僅完成了一件作品，而且。我們在調(diào)試的過程中遇到了不少問題，如在避障、循跡、金屬檢測等問題上，通過大家的共同努力研究問題被解決，參加此次競賽對我們來說是一次寶貴經(jīng)歷，也是人生的一筆精神財(cái)富。當(dāng)然，由于我們的知識能力和水平有限，有些地方還不是很完善，系統(tǒng)也存在一定的缺陷和不完善的地方，懇請各位老師批評指正，以便我們下一次做的更好。
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2019-5-14 09:02 上傳
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