1、智能救援車摘要：本設計中智能車采用AT89C52單片機作為檢測和控制的核心，實現救 援車的智能控制，包括智能避障、路面尋線、自動報警、自動尋找并吸取鐵片等 功能。智能避障運用三對獨立的含濾波功能的紅外接收和發射管實現；路面尋線 采用的是四個一體的紅外對管來檢測；電機采用的是直流減速電機，采用PWM 控制兩個電機的轉速；運用電磁體來實現對鐵片的吸取和釋放。實現的功能是： 從出發點出發，進入迷宮區，在迷宮中自動檢測出口，直到走出迷宮。走出迷宮 時鳴警示意。然后，尋著路面上的黑線行進，檢測到黑線上任意位置的鐵片時， 再次鳴警示意，并吸取鐵片，到達指定位置后，自動放下鐵片。關鍵詞：智能救援；路面尋線；

2、智能避障；自動檢測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、方案的比較與選擇1.1設計要求1.1.1設計任務設計制作一個智能小車，該小車能按照要求自動運行，通過一個建筑物中曲 折的道路，并完成規定的動作。設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，建筑物內無引 導軌跡（見圖示1）。厘米1.5米D.373D廈米50 E3口厘荊1迷宮線路圖厘米1.5米D.373D廈米50 E3口厘荊1迷宮線路圖1.1.2設計要求 VF過程1

6、.基本要求:過程計時要求智能小車從A門進入并開計時中，能自動選擇適當的路徑，避開墻輯類到通路，三分鐘之內到達B1.5米到達B門，停5秒，小車自動計時并數字顯示AB段所用的時間，并 聲光報警；1.5米2.發揮部分：自B門外，循弧形引導軌跡BC前進(引導軌跡為2厘米寬)；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)時停車3秒，并聲光報警；要求小車拾起鐵片D，繼續沿引導軌跡前進；到達C點；在C點處，放下鐵片D并停止前進。聲光顯示救援結束，并停止計時， 分別顯示BD、DC段所用的時間。鐵片為直徑2厘米的圓形薄片。1.2各控制模塊方案的選擇與論證1.2 .1控制模塊(單片機的選擇

7、)方案一：采用MCS-51系列單片機。傳統的51單片機具有價格低廉，使用簡 單等特點。方案二：采用PIC單片機作為控制模塊。PIC具有豐富的資源：RAM，ROM空間大、 指令周期短、低功耗、低電壓、可編程AD處理。鑒于AT89C52完全可以滿足我們的需求，以及我們對它比較了解，因此我們采用方案一。1.2.2電機的選取方案一：用步進電機。步進電機可以精確地控制角度和距離。步進電機的輸 出力矩較低，隨轉速的升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其轉速較低， 不適用于小車等有一定速度要求的系統。并且它的體積大，價格高，質量大，。 用步進電機的編程復雜，增加了編程的難度。方案二：采用直流電機。直流電機

8、運轉平穩，精度有一定的保證。直流電機控制 的精確度雖然沒有步進電機那樣高，但完全可以滿足本題目的要求。方案二能夠較好的滿足系統的要求，因此我們選擇了此方案。1.2.3電機驅動方案一：采用繼電器對電機的開關進行控制，可以完成電機的正轉，反轉， 調速，但繼電器響應時間慢，使小車運動靈敏度降低，增加了避障的難度。而且 機械結構易磨損，可靠性不高。它適用于大功率電機的驅動，對于中小功率的電 機則極不經濟。方案二：采用集成的驅動電路芯片，如L298N、LG9110、L293等，集成芯片具 有體積小，可靠性安全性高，抗干擾能力強等優點，適合控制智能小車的運動。 有較大的電流驅動能力，連接方便，簡單。綜合以

9、上原則，選擇L298N驅動直流電機。L298N的電路原理圖如圖2。12V5VL2Q8Nvss vs0UT1OUT2OUT3QUT4L2Q8Nvss vs0UT1OUT2OUT3QUT4ISENAISENB圖2 L298N工作原理圖VSS-9引腳為芯片供電VS-4引腳為電機供電ENA-6引腳為通道1使能端利 用單片機CCP模塊等產生一定頻率的脈沖作用于ENA，根據脈沖占空比不同就 可以得到不同的輸出電壓，從而達到調速目的。通過單片機的控制左右兩個電機的轉動。采用PWM進行分頻，從而實現對電 機的轉速進行控制。當需要左轉時，通過單片機控制使得左邊的電機轉速慢于右 邊的電機，從而使得小車左拐。同理，

10、可使小車右拐。1.2.4避障模塊方案一：采用碰撞開關避障。這個方案結構雖然簡單，但是救援車必須碰 到障礙物避障模塊才能工作。有破壞性。方案二：采用紅外傳感器避障。紅外傳感器檢測距離近，但受外界環境的 影響比較大。但是，可以用內部含有濾除干擾的紅外接收頭來解決這一問題。方案三：采用超生傳感器，進口的超聲傳感器，換能器件薄，并且帶處理 電路。輸出與距離成比例的模擬信號，通過AD轉換，可獲得距離信息，但價 格貴。綜上比較我們選擇了方案二。1.2.5尋跡模塊方案一：采用紅外傳感器。即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同 的反射性質，以單片機反射回來的紅外光為依據來確定黑線的位置和小車的行 走路線。由

11、于黑白度不均，很容易造成誤差，而且檢測距離太近，電壓變化不 太明顯，靈活度低，不易控制。方案二：采用紅外對管。利用紅外線在黑線和白線的反射程度不同，通過 接受到的紅外線的強弱來檢測黑線與白線。由于，紅外對管是向下發射的，受 環境的影響比較小，所以不需要濾波。且價格便宜。通過以上比較我們選擇了方案二。紅外管的原理圖如圖3.J1金屬探測器最終方案經過仔細的分析和論證，決定了系統各模塊控制模塊：采用AT89的最終方案如下:（1）（3）152 16位單片機。電機模塊：采用直流減速電機。電機驅動:采用 L298N.r-44 r r（4）避障模塊：尋跡模塊：鐵片檢測：檢測開關E3-D4NK。系統的整體結構

12、框（5）（6）體的紅圖如避障模塊外接收頭（含濾波功能）、發射頭。 卜對管。所示:報警模塊鐵片檢測AT89C52*尋跡模塊J1金屬探測器最終方案經過仔細的分析和論證，決定了系統各模塊控制模塊：采用AT89的最終方案如下:（1）（3）152 16位單片機。電機模塊：采用直流減速電機。電機驅動:采用 L298N.r-44 r r（4）避障模塊：尋跡模塊：鐵片檢測：檢測開關E3-D4NK。系統的整體結構框（5）（6）體的紅圖如避障模塊外接收頭（含濾波功能）、發射頭。 卜對管。所示:報警模塊鐵片檢測AT89C52*尋跡模塊單片機電機模塊圖5小車結構框圖二、系統的硬件設計與實現2.1系統硬件的基本組成部分

13、的設計思想本題是一個光機電一體的綜合設計，在設計匯總應用了檢測技術、自動技術 和電子技術。系統的硬件可以分為控制部分、檢測部分和功能部分。2.1.1控制部分（1）單片機控制部分單片機系統是整個智能系統的核心部分，它對各路傳感信號進行采集、處理、分析及對個部分整體調制。其最小系統如圖6。vccC-3-c寸Et-qVCCF!J1J5i=r-iO-lLj-lgU16SI1PIOPOOPHPU1P12P02P13P03P14PU4FT5P05P16P06P17P07INTIP20INTOP21P22T1P23TOP24_P25EM7PP26P27XIX2RE3ETRXD_TXD匝ALEj?芻陣日.J、

14、為3!上二 323；目1p%.337Io|41 3(553.5634R.473：383：2132122：22：315241|42.5231I 2(52722pfrri18I1_-RYSTAL1nr1(11qnr173(22pf16c 2!圖IJ上5LL| / d、1（2）車身動力部分-電機部分采用普通直流電機PWM模式控制，PWM模式易于控制電機轉速和拐 彎的角度，并且采用雙電機驅動以利于小車的原地轉向、后退、左轉、右轉等動 作的完成。L298N控制表如表1。表1 L298N控制狀態ENA/ENBIN1IN2運轉狀態0XX停止110正轉101反轉111剎停100停止ENA,ENB分別為兩個電機

15、的控制使能端。當為0時不工作，為1時工作。通 過控制IN1、IN2來控制電機的轉動狀態。（3）檢測障礙物部分這部分是車身控制和功能實現部分的基礎。單片機通過對傳感器信號的處理 來控制電機正轉、反轉或不轉，從而控制小車的前進、左轉、右轉、后退、原 地轉等動作，基本原理可用下圖來表示（如圖7）。輸控出制信信圖7傳感器檢測部分方框圖障礙物檢測我們用的是紅外傳感器，為了防止外界環境的影響我們用的是 三對獨立的發射和接受頭。且接受頭內部含有濾波功能。該接受頭只對38KHZ 的紅外線有較強的接受功能。因此，必須控制發射頭的發射頻率。為了減小單 片機的負擔。我們采用555定時器來產生相應的頻率的電信號來給發

16、射頭供電。 555定時器的電路原理圖如圖8。接受到信號后通過比較器把接受到的模擬信號轉換為數字信號，并把數字信號傳 遞給單片機。單片機根據接受到的檢測信號來判斷障礙物的位置，并進一步控制 電機的轉速，從而達到躲避障礙物的目的。（4）尋跡模塊光電檢測模塊是用以實現小車沿著場地上標出的黑色路線運動的。且不能偏 離該軌跡。題目中的路徑是一條2.5cm的黑線，周圍是白色的地面，可以用紅外 對管來實現尋跡。尋跡模塊框圖如圖5。紅外對管的應用原理與紅外接收發射頭的原理一致。采用四個紅外對管來檢 測路徑。紅外對管原理圖如圖3。四個紅外對管的安裝示意圖如圖9。ABCD圖9紅外對管安裝圖小車正常行駛時黑線在B、

17、C之間。小車騎在黑色膠紙上。四個接收頭都為 低電平。當C為高電平時，證明小車偏向C處，通過單片機的控制，使其回到預 定位置。當A為高電平時，證明小車偏向A處，小車偏離的比較大，通過單片機 的控制，使其迅速回的預定軌道。整個系統處于一個閉環系統中。且系統能達到 穩定。（5）鐵片的檢測鐵片被放置在黑線的任意位置。鐵片的檢測試通過接近開關實現的，當檢 測到鐵片時檢測開關給單片機一個低電平。單片機受到信號后，使得電磁鐵通電， 吸取小鐵片，同時鳴笛示警。之后繼續前進。當到達終點時，使電磁鐵掉電，把 鐵片放到指定位置。完成搜救任務。三、系統的軟件設計3.1開發軟件及編程語言簡介系統的軟件設計采用的C語言，

18、對單片機進行編程實現各項功能。C語言功 能豐富，表達能力強，目標程序效率高，可移植性好，既具有高級語言的優點， 又具有低級語言的許多特點，應用十分廣泛。3.2軟件的實現程序是在WINDOWS XP環境下采用Keil uVision2軟件進行編譯的。可以實 現小車對光電傳感器的查詢，障礙物的檢測及躲避，電機的控制，線路的尋跡。3.2.1系統流程軟件設計采用模塊化設計方法，每一個模塊對應一個文件，各模塊之間耦合 度較小，比較容易修改和維護。主程序流程圖如圖10所示。尋跡模塊如圖11 所示。避障流程圖如圖12所示。NO圖10NO圖10主程序框圖圖11尋跡程序圖圖12避障程序框圖四、系統測試4.1測試儀器及設備（見表2）表2測試儀器及設備儀器名稱型號用途數量計算機聯想PC調試程序1示波器TDS2202觀察555發出波形1數字萬用表DT9205測量各電路參數14.2性能測試4.2.1走迷宮功能測試把小車放在迷宮中，迷宮圖如圖1。小車進入迷宮后，一直走到迷宮底檢測 到右邊有通道右拐進入第二層。進入第二層后，檢測到第二層另一側左邊有通道， 小車左拐進入第三層。小車在第三層行進，檢測到第三層中間位置有通道，小車 不再繼續前進，在中間位置直接右拐進入第四層。小車在第四層跑完，并在出口 跑出迷宮。4.2.2