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1、 目錄目錄摘要：摘要： .2關鍵詞：關鍵詞： .3一、設計任務概述一、設計任務概述 .31 1.1 1 設計任務概述設計任務概述.31.21.2 基本任務基本任務.31.31.3 發(fā)揮部分發(fā)揮部分.3二、系統(tǒng)方案論證與選擇二、系統(tǒng)方案論證與選擇 .42.12.1 車體方案論證與選擇車體方案論證與選擇.52.22.2 控制模塊論證與選擇控制模塊論證與選擇.52.32.3 電源模塊論證與選擇電源模塊論證與選擇.62.42.4 電機模塊選擇與論證電機模塊選擇與論證.62.52.5 電機驅動模塊選擇與論證電機驅動模塊選擇與論證.62.62.6 避障模塊的選擇與論證避障模塊的選擇與論證.72.72.7

2、循跡模塊選擇與論證循跡模塊選擇與論證.72.8 金屬傳感器模塊論證與選擇金屬傳感器模塊論證與選擇.72.92.9 鐵片轉移模塊論證與選擇鐵片轉移模塊論證與選擇.82.102.10 報警和語音提示模塊選擇與論證報警和語音提示模塊選擇與論證.82.112.11 顯示模塊論證與選擇顯示模塊論證與選擇.82.122.12 智能救援小車最終方案智能救援小車最終方案.8三、硬件系統(tǒng)的設計與功能實現(xiàn)三、硬件系統(tǒng)的設計與功能實現(xiàn) .93.1 救援小車主線路板制作救援小車主線路板制作 .93.23.2 微控制器電路的設計與原理微控制器電路的設計與原理.93.3 電源電路原理與設計電源電路原理與設計.103.4

3、電機驅動電路的原理與設計電機驅動電路的原理與設計.103.53.5 避障電路的原理與設計避障電路的原理與設計.103.63.6 光電開關的安裝光電開關的安裝.113.73.7 循跡電路的原理與設計循跡電路的原理與設計.113.83.8 金屬檢測電路的原理與設計金屬檢測電路的原理與設計.113.93.9 鐵片轉移電路原理與設計鐵片轉移電路原理與設計，.123.103.10 語音提示電路的原理與設計語音提示電路的原理與設計.123.113.11 系統(tǒng)其它功能的擴展系統(tǒng)其它功能的擴展.12四、軟件設計的實現(xiàn)與說明四、軟件設計的實現(xiàn)與說明 .134.14.1 主程序流程圖主程序流程圖.134.24.2

4、 路面循跡子程序流程圖路面循跡子程序流程圖.144.34.3 智能救援小車系統(tǒng)的部分程序清單智能救援小車系統(tǒng)的部分程序清單.15五、系統(tǒng)功能測試五、系統(tǒng)功能測試 .175.1 使用儀器及設備清單的說明使用儀器及設備清單的說明 .175.25.2 系統(tǒng)功能測試系統(tǒng)功能測試.175.2.15.2.1 基本要求部分的功能測試基本要求部分的功能測試.175.2.25.2.2 發(fā)揮部分的功能測試發(fā)揮部分的功能測試.17六、結論六、結論 .19七、結束語七、結束語 .19八、參考文獻：八、參考文獻： .19 摘要摘要本小組設計制作的一款智能救援小車，能夠實現(xiàn) 2008 年山東省電子設計競賽 G 題的基本部

5、分和發(fā)揮部分的所有功能要求。另外具有以下擴展功能功能：測溫、無線遙控、測速及里程、測量路面坡度。本作品以兩個直流減速電機為驅動，通過各類傳感器件來采集信息，送入主控單元STC 89C52單片機，處理數(shù)據(jù)后完成相應的操作，以實現(xiàn)相應的功能。直流減速電機采用電機專用驅動芯片 L293D 進行驅動，其中避障采光電開關來完成；用 RPR220 型光電對管完成系統(tǒng)循跡功能；鐵片檢測部分通過電感式接近開關鐵片進行信號的采集，接近開關反饋的信號送入單片機處理，由控制單元處理信號并控制相應的線圈，利用線圈用電產生磁場的效應撿起鐵片并轉移到題目中所指定的區(qū)域，由語音提示電路提示小車操作完成。實現(xiàn)了智能救援小車在

6、無人控制狀態(tài)下實現(xiàn)智能避障、路面循跡、檢測并轉移金屬鐵片的智能控制，語音提示，液晶顯示電路顯示運行的時間。其所實現(xiàn)的功能相當于簡易機器人。關鍵詞：關鍵詞：基本部分和發(fā)揮部分、測溫、無線遙控、測速及里程、測量路面坡度 目錄目錄 一、設計任務概述一、設計任務概述1 1.1 1 設計任務概述設計任務概述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(guī)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）。1.21.2 基本任務基本任務1、要求智能小車從 A 門進入并

7、開始自動計時，從 B 門出來，在行進過程中，能自動選擇適當?shù)穆窂剑荛_墻壁，找到通路，三分鐘之內到達 B 門；2、到達 B 門，停 5 秒，小車自動計時并數(shù)字顯示 AB 段所用的時間，并聲光報警；1.31.3 發(fā)揮部分發(fā)揮部分1、自 B 門外，循弧形引導軌跡 BC 前進（引導軌跡為 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）時停車 3 秒，并聲光報警；3、要求小車拾起鐵片 D，繼續(xù)沿引導軌跡前進；4、到達 C 點；5、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

8、圓形薄片。注:智能救援小車場地圖片的相關說明 智能救援小車場地圖二、系統(tǒng)方案論證與選擇根據(jù)題目中的設計要求，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、直流電機及其驅動模塊、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)總框圖為較好的實現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設計了幾種方案并分別進行了論證。2.12.1 車體方案論證與選擇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、電機及其驅動電路。玩具電動車的電機多為玩具直流電機，力矩小，空載轉速快，負載性能差，不易調速。而且這種電動車一般都價格不

9、菲。因此我們放棄了此方案。 方案 2：自己制作電動車。經過反復考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅動，在校車后面加萬向輪轉向的方案。即左右輪分別用兩個轉速和力矩基本完全相同的直流電機進行驅動，車體尾部裝一個萬向輪。這樣，當兩個直流電機轉向相反同時轉速相同時就可以實現(xiàn)電動車的原地旋轉，由此可以輕松的實現(xiàn)小車坐標不變的 90 度和 180 度的轉彎。當小車前進時，左右兩驅動輪與后萬向輪形成了三點結構，這種結構使得小車在前進時比較平穩(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，我們經過比較選擇了實驗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

10、，美觀。綜上考慮，我們選擇了方案2。制作的小車實物如下圖所示： 小車實物2.22.2 控制模塊論證與選擇控制模塊論證與選擇方案一：采用凌陽公司的 16 位單片機，它是 16 位控制器，具有體積小、驅動能力強、可靠性高、功耗低、結構簡單、具有語音處理、運算速度快等優(yōu)點，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計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 單片機作為主控制器。STC 89C52 是一個超低功耗，和標準 51 系列單片機相比較具有運算速度快，抗干擾能力強，支持 ISP 在線編程，片內含

11、 8k 空間的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀存儲器，具有 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32 個 I/O 口，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器。其指令系統(tǒng)和傳統(tǒng)的 8051 系列單片機指令系統(tǒng)兼容，降低了系統(tǒng)軟件設計的難度，電路設計簡單、價格低廉，在后來的實驗中我們發(fā)現(xiàn)，STC 89C52精確度和運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 單片機為我們整個系統(tǒng)的控制核心。2.32.3 電源模塊論證與選擇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

12、 可充電動力電池組。動力電池組具有較強的電流驅動能力及穩(wěn)定的電壓輸出性能，經測試在用此種供電方式下，單片機和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機工作良好，且電池體積較小、可以充電、能夠重復利用等，能夠滿足系統(tǒng)的要求。方案二：采用 12V 蓄電池為直流電機供電，將 12V 電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其它芯片供電。蓄電池具有較強的電流驅動能力以及穩(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計時空間有限，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。2.42.4 電機模塊選擇與論證電機模塊選擇與論證 方案一：采用直流減速電機

13、。直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便，小車電機內部裝有減速齒輪組，所以并不需要考慮調速功能，很方便的就可以實現(xiàn)通過單片機對直流減速電機前進、后退、停止等操作，方案二：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅動電機，由于其轉動的角度可以精確定位，可以實現(xiàn)小車前進距離和位置的精確定位。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，但步進電機的輸出力矩較低，隨轉速的升高而下降，且在較高的轉速時會急劇下降，其轉速較低時不適于小車等對速度有一定要求的系統(tǒng)。經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作為整個救援小車的驅動電機。2.52.5 電機驅動模塊電機驅動模塊選擇與論證選擇與

14、論證方案一：采用分立組件組成的平衡式驅動電路，這種電路可以由單片機直接對其進行操作，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：因為小車電機內部裝有減速齒輪組，考慮不需調速功能，采用市面易購的電機驅動芯片 L293D 控制減速電機，該芯片是利用 TTL 電平進行控制，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對電機進行正轉、反轉和停止操作，亦能滿足直流減速電機的要求，用該芯片作為電機驅動具有的操作方便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。綜合以上分析與論證我們選擇方案二的驅動芯片 L293D 作為整個救援小車系統(tǒng)的電機驅動電路。2.62.6 避

15、障模塊的選擇與論證避障模塊的選擇與論證方案一：用超聲波傳感器進行避障。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計中被廣泛應用。但是超聲波傳感器需要 40KHz 的方波信號來工作，因為超聲波傳感器對工作頻率要求較高，偏差在 1內，所以用模擬電路來做方波發(fā)生器比較難以實現(xiàn)。因此我們考慮其它的方案。方案二：用漫反射式光電開關進行避障。光電開關的工作原理是根據(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，物體對紅外光由同步回路選通而檢測物體的有無。當有光線反射回來時，輸出低電平。當沒有光線反射回來時，輸

16、出高電平?？紤]到本系統(tǒng)只需要檢測障礙物，沒有十分復雜的環(huán)境。為了使用方便，便于操作和調試，我們最終選擇了方案二。光電開關的實物如下圖： 2.72.7 循跡模塊選擇與論證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。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，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，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經過比較器就可以輸出高低電平。單片機據(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)出相應的控制操作命令來校驗小車的位置。來完成小車的循跡任務。但是這種方案的缺點是受環(huán)

17、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：塑料透鏡可以提高靈敏度。內置可見光過濾器能減小離散光的影響。體積小，結構緊湊。此光電對管調理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。經測試方案二不論是在黑暗或者是強光照射下，小車系統(tǒng)均可以很穩(wěn)定的工作，對環(huán)境的適應能力較強。因此我們選擇方案一。2.8 金屬傳感器模塊論證與選擇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

18、感器可適用于各種量的檢測。具有檢測的圖像清晰、準確，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，價格昂貴，硬件電路設計困難，軟件編程復雜，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電感式接近開關屬于一種有開關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生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是金屬物體。其體積較小適合

19、在空間有限的智能救援小車上使用其實物圖如下圖所示： 通過以上分析我們選擇方案二，采用電容式接近開關來完成題目中的尋找鐵片的任務。2.92.9 鐵片轉移模塊論證與選擇鐵片轉移模塊論證與選擇鐵片轉移模塊主要實現(xiàn)金屬傳感器在探測到金屬后，把金屬轉移到指定區(qū)域。方案一：采用高強度磁鐵實現(xiàn)鐵片的移動。高強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，當救援小車靠近鐵片時，將鐵片吸附在磁鐵表面，以達到轉移鐵片的目的。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可產生磁場的原理，利用電磁繼電器通電的瞬間所產生的磁場

20、來完成金屬鐵片的轉移任務，停電無磁場放下鐵片。電磁繼電器電流小，磁力強，易于單片機 I/O 口的控制。綜合以上方案論述我們選擇方案二，實現(xiàn)小車轉移鐵片。2.102.10 報警和語音提示模塊選擇與論證報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進行錄放音的控制，其優(yōu)點是能夠給人以直觀的提示，采用直接模擬量存儲技術，語音質量較好，可讀性較好，功耗低，這些條件都為救援小車的語音提示準備了很好的條件。方案二：采用單片機產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

21、實現(xiàn)，但其缺點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。2.112.11 顯示模塊論證與選擇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構簡單、調試方便、軟件實現(xiàn)相對容易等優(yōu)點，但是由于我們計劃要顯示小車運行時間，LED 數(shù)碼管無法顯示如此豐富的內容，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用，因此我們選擇此方案。通過以上方案論述我們選擇方

22、案二，顯示小車運行時間的任務。2.122.12 智能救援小車最終方案智能救援小車最終方案經過反復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)提供基準電源。4.采用直流減速電機作為救援小車系統(tǒng)的驅動電機。5.使用電機專用驅動芯片 L293D 作為直流減速電機的驅動芯片。6.采用光電開關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。8. 采用接近開關完成金屬檢測任務。9. 利用線圈通電可以產生磁場的原理完成貼片的轉移。10.

23、 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)的設計與功能實現(xiàn)三、硬件系統(tǒng)的設計與功能實現(xiàn)3.1 救援小車主線路板制作救援小車主線路板制作在線路板制作設備的選擇上，我們使用的是德國專業(yè)電路板設備 LPKF ProtoMat S62 電路板刻板機。LPKF 線路板雕刻機 ProtoMat S62 的精確度較高，分辨率高達 0.25 微米。可快速制作各種復雜對精度要求較高的線路板，該線路板雕刻機的最大優(yōu)點是：制作雙面線路板的速度較快，特別適合對時間有較高要求的電子設計競賽試用，其實物圖和救援小車系統(tǒng)線路板的實物圖分別如下圖所示： 雕刻機實物 線路板實物圖3.23.2

24、 微控制器電路的設計與原理微控制器電路的設計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，它負責對各路傳感信號的采集、處理、分析及對各部分硬件電路進行調整。本設計制作的智能救援小車系統(tǒng)以 STC89C52 單片機最小系統(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，來完成相應的操作，單片機控制電路原理圖如所示：單片機控制電路原理圖 3.3 電源電路原理與設計電源電路為系統(tǒng)提供基準電源，是整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定性關鍵所在，本系統(tǒng)采用 7.2V 可充電動力電池組，可充電反復利用，動力電池組具有較強的電流驅動能力及穩(wěn)定的電壓輸出性能，經測試在用此種供電

25、方式下，單片機和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機工作良好。其充電電路原理圖如圖所示：3.4 電機驅動電路的原理與設計電機驅動電路的原理與設計本設計中采用的電機專用驅動芯片 L293D。L293D 是歐洲著名的 SGS公司的產品，為單塊集成電路、高電壓、高電流、四通道驅動。設計用來接收 DTL 或者 TTL 邏輯電平，驅動感性負載(比如繼電器，直流電機)，和開關電源晶體管。內部包含 4 通道邏輯驅動電路。其額定工作電流為 1A，最大可達 1.5A，Vss 電壓最小 4.5V，最大可達 36V。 輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系 L293d 可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的 I/O 輸入改變

26、芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止的操作（表表 1 是其是其使能端、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系。使能端、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系。），操作非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。調試時在依照上表，用程序輸入對應的碼值，即可以實現(xiàn)對應的操作。其驅動電路原理圖如下所示：3.53.5 避障電路的原理與設計避障電路的原理與設計用漫反射式光電開關進行避障。光電開關實際發(fā)射頭與接收頭于一體的檢測開關，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。當有光線反射回來時，輸出低電平。當沒有光線反射回來時，輸出高電平。單片機根據(jù)接收頭電平的高低做出相應控制，避

27、免小車碰到障礙物。由于接收管輸出 TTL 電平，有利于單片機對信號的處理。小車采用漫反射式傳感器進行避障的電路原理圖如下圖所示： 光電開關避障電路原理圖 避障光電開關實物圖 3.63.6 光電開關的安裝光電開關的安裝 在避障傳感器的設計中，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： 3.73.7 循跡電路的原理與設計循跡電路的原理與設計采用 RPR220 型光電對管完成系統(tǒng)循跡任務，循跡電路是用以實現(xiàn)小車沿著場地的黑色弧形引導軌跡 BC 進行前進和位置校正的，且小車不能偏離該軌跡。本課題設計中采用自制的 RPR220 型

28、光電對管完成系統(tǒng)循跡任務，傳感器的數(shù)據(jù)線輸出信號為開關量，可直接與單片機的 I/O 引腳相連接，硬件電路實現(xiàn)比較簡單，其靈敏度可以通過調節(jié)多圈電位調。在循跡檢測傳感器設計中，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，起到循跡前進的作用。具體的安裝位置實物圖如下圖所示： 硬件電路 實物圖 3.83.8 金屬檢測電路的原理與設計金屬檢測電路的原理與設計金屬傳感器性能的好壞對于該系統(tǒng)的功能是否能實現(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進行金屬檢測工作，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，

29、輸出信號為開關量，可直接與單片機的 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： 電感式接近開關原理圖 3.93.9 鐵片轉移電路原理與設計鐵片轉移電路原理與設計，鐵片轉移電路主要運用了線圈通電產生磁場的原理，借助其所產生的磁場，把金屬傳感器檢測到的鐵片按題目的要求轉移到指定位置的操作要求，本設計電路中采用的是將線圈的輸入端直接與單片機的 I/O 相連接，通過改變單片機引腳的高低電平即可以實現(xiàn)線圈有磁性的變化。3.103.10 語音提示電路的原理與設計語音提示電路的原理與設計 本設計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

30、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3.113.11 系統(tǒng)其它功能的擴展系統(tǒng)其它功能的擴展 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現(xiàn)小車的無線控制和操作。無線遙控電路主要實現(xiàn)小車的無線操作，系統(tǒng)由發(fā)射和接收

31、兩大部分組成，由單片機進行控制操作。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側。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行檢測就可以得到車輪轉過的圈數(shù)。從而計算出小車前進的路程。車輪的直徑為 6cm，車輪的周長為L2*R2*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假設單片機檢測到黑白信號的變化為 n，則小車走過的路程為 Sn*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

32、設計中，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，利用重力結構, 可無電接觸點的測量傾斜角度。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 報警提示充電。四、軟件設計的實現(xiàn)與說明四、軟件設計的實現(xiàn)與說明 4.14.1 主程序流程圖主程序流程圖 我們所設計的軟件的主程序流程圖如下圖所示： 4.24.2 路面循跡子程序流程圖路面

33、循跡子程序流程圖 4.34.3 智能救援小車系統(tǒng)的部分程序清單智能救援小車系統(tǒng)的部分程序清單#includereg51.h#includereg51.h#define#define ucharuchar unsignedunsigned charchar#define#define uintuint unsignedunsigned intint#define#define forwardforward 0 x5f0 x5f #define#define backback 0 x0f0 x0f#define#define rightright 0 x4f0 x4f #define#define

34、 leftleft 0 x1f0 x1f#define#define stopstop 0 xff0 xff#define#define bleftbleft 0 x9f0 x9f #define#define brightbright 0 x6f0 x6f sbitsbit cs_245=P34;cs_245=P34; /光電開關信號輸入使能端光電開關信號輸入使能端sbitsbit c=P12;c=P12; /轉向燈使能端轉向燈使能端sbitsbit baojing=P14;baojing=P14; /報警控制位報警控制位sbitsbit jdq=P31;jdq=P31; /抓金屬控制位抓金

35、屬控制位sbitsbit js=P30;js=P30; /金屬探測位金屬探測位 ucharuchar codecode lcd=0 x30,0 x31,0 x32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37,0 x38,0 x38,0 x39;lcd=0 x30,0 x31,0 x32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37,0 x38,0 x38,0 x39; /液晶顯示代碼液晶顯示代碼ucharuchar date1=0,second=0,minute1=0,minute2=0;date1=0,second=0,minute1=0,minute2=0;

36、/時間時間ucharuchar number1=0number1=0 ,number=0;,number=0; /障礙物標志個數(shù)障礙物標志個數(shù) /*/*/ /*/*電機控制部分電機控制部分*/*/ /*/*/voidvoid run_forward()run_forward() /向前運動向前運動 P2=forward;delay(1000);P2=forward;delay(1000); display();display(); voidvoid run_back()run_back() /向后運動向后運動 P2=back;P2=back; delay(1000);delay(1000);

37、display();display(); voidvoid run_left()run_left() /向前左轉向前左轉 P2=left;P2=left; delay(2500);delay(2500); display();display(); voidvoid run_right()run_right() /向前右轉向前右轉 P2=right;P2=right; delay(2000);display();delay(2000);display(); /*/* 尋跡子程序尋跡子程序voidvoid xunji()xunji() ucharuchar temp=0temp=0 ; ; cs_

38、245=0;cs_245=0; temp=P0&0 xc0;temp=P0&0 xc0; /白線的檢測白線的檢測 switch(temp)switch(temp) casecase 0 xc0:0 xc0: run_forward();run_forward(); deng(forwardd);cs_245=0;deng(forwardd);cs_245=0; break;/break;/ casecase 0 x80:run_left();0 x80:run_left(); run_right();deng(rightd);run_right();deng(rightd); cs_245=0

39、;cs_245=0; break;break; case0 x40:run_right();case0 x40:run_right(); run_left();deng(leftd);cs_245=0;run_left();deng(leftd);cs_245=0; break;/rightbreak;/right defaultdefault :break;:break; /*/*避障子程序避障子程序 voidvoid bizhang()bizhang() ucharuchar temp2=0temp2=0，c1=0,c2=0,c3=0,c4=0,c5=0,c6=0,c7=0;c1=0,c2

40、=0,c3=0,c4=0,c5=0,c6=0,c7=0; ; ; cs_245=0;cs_245=0; temp2=P0&0 x38;temp2=P0&0 x38; /檢測障礙檢測障礙 switch(number)switch(number) /障礙物的個數(shù)判斷來做相應的轉向障礙物的個數(shù)判斷來做相應的轉向 casecase 1:1: run_forward();run_forward(); deng(forwardd);cs_245=0;deng(forwardd);cs_245=0; break;break; casecase 2:2: run_right();deng(rightd);ru

41、n_right();deng(rightd); cs_245=0;cs_245=0; break;break; casecase 3:3: run_left();deng(leftd);cs_245=0;run_left();deng(leftd);cs_245=0; break;break; casecase 4:4: run_forward();run_forward(); deng(forwardd);cs_245=0;deng(forwardd);cs_245=0; break;break; casecase 5:5: run_right();deng(rightd);run_righ

42、t();deng(rightd); cs_245=0;cs_245=0; break;break; defaultdefault :break;:break; /時間顯示函數(shù)時間顯示函數(shù)voidvoid display()display() ucharuchar lcd11=0,lcd21=0,lcd31=0,lcd41=0;lcd11=0,lcd21=0,lcd31=0,lcd41=0; lcd10=lcd10= lcddate1;/m1lcddate1;/m1 lcd20=lcdsecond;/m2lcd20=lcdsecond;/m2 lcddisplay2(lcd1,lcd2,lcd3

43、,lcddisplay2(lcd1,lcd2,lcd3, lcd4lcd4 )voidvoid star()star() TMOD=0 x11;IE=0 x8b;TMOD=0 x11;IE=0 x8b; /定時器的定時器的 /主函數(shù)主函數(shù) voidvoid main(void)main(void) star();star(); /定時器的初始化定時器的初始化 while(1)while(1) xunji();xunji(); /尋跡子程序尋跡子程序 bizhang();bizhang(); /避障子程序避障子程序 五、系統(tǒng)功能測試五、系統(tǒng)功能測試 5.1 使用儀器及設備清單的說明使用儀器及設備

44、清單的說明本次設計中使用的相關儀器清單如下表所示本次設計中使用的相關儀器清單如下表所示使用儀器及設備列表使用儀器及設備列表5.25.2 系統(tǒng)功能測試系統(tǒng)功能測試5.2.15.2.1 基本要求部分的功能測試基本要求部分的功能測試(1)(1) 在規(guī)定的場地內智能救援小車從在規(guī)定的場地內智能救援小車從 A A 門進入，自動選擇路徑從門進入，自動選擇路徑從 B B 門出來。門出來。小車行駛路線的示意圖如下所示：小車行駛路線的示意圖如下所示：5.2.25.2.2 發(fā)揮部分的功能測試發(fā)揮部分的功能測試救援小車在救援小車在 B B 門的位置通過循跡電路沿著黑色引導線門的位置通過循跡電路沿著黑色引導線 BCB

45、C 前進，在金屬傳感前進，在金屬傳感器檢測到鐵片器檢測到鐵片 D D 時，單片機控制相應的電路將鐵片撿起并轉移到指定的位置，時，單片機控制相應的電路將鐵片撿起并轉移到指定的位置，在這個過程中單片機同時控制相應的電路發(fā)出語音和發(fā)光提示，指示智能救援在這個過程中單片機同時控制相應的電路發(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。智能救援小車在實現(xiàn)發(fā)揮部分時所行駛的路線示意圖如小車以完成救援任務。智能救援小車在實現(xiàn)發(fā)揮部分時所行駛的路線示意圖如下所示：下所示： 小車發(fā)揮部分功能及其它功能測試小車發(fā)揮部分功能及其它功能測試測試步驟如下：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

46、規(guī)定的要求，智能救援?。┦紫劝研≤嚪旁趫龅氐娜肟谔?，按照題目所規(guī)定的要求，智能救援小車從車從 A A 門進入自動選擇路徑從門進入自動選擇路徑從 B B 門出來。在行駛過程中，救援小車可以自動選門出來。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。智能救援小車從擇路徑行走，其行走路線如上圖所示。智能救援小車從 A A 門進入后開始計時，門進入后開始計時，并通過液晶顯示來顯示救援小車系統(tǒng)所消耗的時間，再從并通過液晶顯示來顯示救援小車系統(tǒng)所消耗的時間，再從 B B 門出來。在行進過門出來。在行進過程中，救援小車可以自動避開墻壁，找到通路，可以在三分鐘之內完成到達程中，救援小車可以

47、自動避開墻壁，找到通路，可以在三分鐘之內完成到達 B B門的要求，在門的要求，在 B B 門處，小車檢測到黑色標志，小車停止運行，同時發(fā)出聲光，門處，小車檢測到黑色標志，小車停止運行，同時發(fā)出聲光，提示基本部分測試完畢。提示基本部分測試完畢。（2）救援小車從）救援小車從 B 門外，通過循跡黑色弧形引導線門外，通過循跡黑色弧形引導線 BC 前進（引導軌跡為前進（引導軌跡為2 厘米寬），在循跡黑色弧形引導線途中，通過接近開關電路檢測到鐵片厘米寬），在循跡黑色弧形引導線途中，通過接近開關電路檢測到鐵片 D 時時停車停車 3 秒（注意：鐵片秒（注意：鐵片 D 放置在軌跡放置在軌跡 BC 前二分之一段上

48、的任意位置），并由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。單片機通過金屬傳感器電發(fā)光電路發(fā)光提示。單片機通過金屬傳感器電路采集到金屬信息時，通過控制相應的磁感應電路接通產生磁場，利用線圈通路采集到金屬信息時，通過控制相應的磁感應電路接通產生磁場，利用線圈通電時可產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)電時可產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，救援小車繼續(xù)沿黑色引導軌跡前進。當救援小車到達黑色弧形引導軌生變化，救援小車繼續(xù)沿黑色引導軌跡前進。當救援小車到達黑色弧形引導軌跡線

49、的終點跡線的終點 C 之后，小車通過之后，小車通過 RPR220 型光電對管電路通知單片機救援小車已型光電對管電路通知單片機救援小車已完成本次救援任務，單片機通過控制相應的電機驅動電路停止電機的運行，通完成本次救援任務，單片機通過控制相應的電機驅動電路停止電機的運行，通過改變相應的磁感應電路的電平狀態(tài)放下鐵片過改變相應的磁感應電路的電平狀態(tài)放下鐵片 D D，液晶顯示電路分別顯示走過，液晶顯示電路分別顯示走過BDBD、DCDC 段軌跡所消耗的時間。同時在此過程中，單片機控制語音電路和發(fā)光二段軌跡所消耗的時間。同時在此過程中，單片機控制語音電路和發(fā)光二極管發(fā)光電路同時發(fā)出語音和發(fā)光的提示，指示救援

50、小車的救援任務結束（救極管發(fā)光電路同時發(fā)出語音和發(fā)光的提示，指示救援小車的救援任務結束（救援小車系統(tǒng)測試的具體參數(shù)見下表）。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：智能救援小車系統(tǒng)的功能參數(shù)列表：基本部分數(shù)據(jù)參數(shù)基本部分數(shù)據(jù)參數(shù)測量次數(shù)從入口端到出口端行駛時間（s）至 B 端停留的時間（s）至 B 端停留發(fā)出聲光提示的時間（s）第 1 次536.23.2第 2 次566.03.1第 3 次486.12.9第 4 次575.93.3第 5 次516.33.5 發(fā)揮部分數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)揮部分數(shù)據(jù)參數(shù)測量次數(shù)從 B 端到鐵片 D 點行駛時間(s)在鐵片 D點停留時間(s)從鐵片

51、D點處到終點 C 所用時間(s)在 C 點停留的時間(s)在 C 點處停留發(fā)出聲光提示的時間(s)第 1 次33551第 2 次53651第 3 次43551第 4 次43751第 5 次53651六、結論六、結論測試表明，小車能夠較好的完成題目要求的基本要求和發(fā)揮部分。同時本測試表明，小車能夠較好的完成題目要求的基本要求和發(fā)揮部分。同時本智能救援小車的特色是：光電開關判斷避障物的準確、智能救援小車的特色是：光電開關判斷避障物的準確、RPR220RPR220 型光電對管能穩(wěn)型光電對管能穩(wěn)定的完成循跡、救援小車應用了電感式接近開關檢測鐵片，經測試我們發(fā)現(xiàn)其定的完成循跡、救援小車應用了電感式接近開

52、關檢測鐵片，經測試我們發(fā)現(xiàn)其檢測金屬準確、靈敏度較高，液晶顯示效果良好，語音播報清晰，智能救援小檢測金屬準確、靈敏度較高，液晶顯示效果良好，語音播報清晰，智能救援小車系統(tǒng)運行正常，各模塊電路參數(shù)穩(wěn)定。較好的完成了題目中所規(guī)定的基本部車系統(tǒng)運行正常，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)還擴展了其它常用功能，如溫度顯示等。分和發(fā)揮部分，系統(tǒng)還擴展了其它常用功能，如溫度顯示等。七、結束語七、結束語首先，感謝山東省大學生電子設計競賽組委會和協(xié)辦單位給我們這樣一次首先，感謝山東省大學生電子設計競賽組委會和協(xié)辦單位給我們這樣一次珍貴的鍛煉機會，在本次設計大賽中，通過我們共

53、同的努力，我們完成了智珍貴的鍛煉機會，在本次設計大賽中，通過我們共同的努力，我們完成了智能救援小車系統(tǒng)的設計與制作，本設計中的救援小車能完成了大賽題目要求的能救援小車系統(tǒng)的設計與制作，本設計中的救援小車能完成了大賽題目要求的大部分功能，同時也提高了我們的創(chuàng)新意識和團隊合作意識，培養(yǎng)了我們認真大部分功能，同時也提高了我們的創(chuàng)新意識和團隊合作意識，培養(yǎng)了我們認真分析問題、獨立解決問題的能力，鞏固了我們對所學理論的實際運用。還鍛煉分析問題、獨立解決問題的能力，鞏固了我們對所學理論的實際運用。還鍛煉了我們的動手實踐能力，使我們更有信心在電子行業(yè)中繼續(xù)學習下去。了我們的動手實踐能力，使我們更有信心在電子

54、行業(yè)中繼續(xù)學習下去。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。我們在調試的過程中遇到了不少問題，如在避障、循跡、金一件作品，而且。我們在調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歷，也是人生的一筆精神財富。當然，由于我們的知識能力來說是一次寶貴經歷，也是人生的一筆精神財富。當然，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

55、一定的缺陷和不完善的地方，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。懇請各位老師批評指正，以便我們下一次做的更好。 八、參考文獻：八、參考文獻：11單片機的單片機的 C C 語言應用程序設計語言應用程序設計 馬忠梅等馬忠梅等. .北京航空航天大學出版社北京航空航天大學出版社 2007200722模擬電子技術模擬電子技術. . 胡宴如胡宴如. . 高等教育出版社高等教育出版社 2007200733數(shù)字電子技術基礎數(shù)字電子技術基礎. . 楊志忠楊志忠. . 高等教育出版社高等教育出版社 2006200644 傳感技術及其應用傳感技術及其應用 謝文和謝文和 高等教育出版社高等教育出版社 2002200255 單片機單片機 C51C51 程序設計教程與實驗祁偉等程序設計教程與實驗祁偉等. . 北京航空航天大學出版社北京航空航天大學出版社 2006200666 21IC21IC 中國電子網(wǎng)中國電子網(wǎng)