自動(dòng)排爆車設(shè)計(jì)報(bào)告及源程序

1、自動(dòng)排爆車（g題）摘要：本設(shè)計(jì)是一個(gè)以單片機(jī)為主控制器的自動(dòng)排爆車系統(tǒng)，它具有自動(dòng)進(jìn)入危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)、自動(dòng)檢測(cè)可疑鐵磁材料薄片并將其帶到出發(fā)點(diǎn)和自動(dòng)分段計(jì)時(shí)等功能。在檢測(cè)到可疑鐵磁材料時(shí)，小車會(huì)發(fā)出聲光提示訊號(hào)，此時(shí)電磁鐵機(jī)械手便會(huì)工作將其“拿起”，最后小車會(huì)帶著可疑鐵磁薄片回到出發(fā)點(diǎn)并自動(dòng)停車將鐵磁材料薄片放下。綜合測(cè)試表明，本設(shè)計(jì)圓滿完成了賽題的基本要求和發(fā)揮部分要求。關(guān)鍵字：聲光報(bào)警 無(wú)線傳輸 鐵磁薄片 單片機(jī) 自動(dòng)排爆1賽題分析認(rèn)真分析賽題，我們認(rèn)為賽題要求制作的自動(dòng)排爆車要能完成如下的功能：1）小車由起始點(diǎn)出發(fā)，穿過通道進(jìn)入危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)。2）進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)后，小車要能遍歷整個(gè)圓形區(qū)域，要求無(wú)盲區(qū)，

2、遍歷的時(shí)間要盡量小。檢測(cè)到可疑物后，要能發(fā)出聲光訊號(hào)，同時(shí)應(yīng)能將可疑物“撿起”。3）小車帶著可疑物要能自動(dòng)回到起始點(diǎn)，到達(dá)起始點(diǎn)后小車要能自動(dòng)停車。整個(gè)過程中，行車時(shí)間不得超過5分鐘，車體各部分不能壓著邊界線。4）增加無(wú)限傳輸模塊，將小車運(yùn)行狀態(tài)及計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到自制的接收顯示裝置。5）計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用分段計(jì)時(shí)的方式，從起始點(diǎn)到檢測(cè)到可疑物的時(shí)間為t1，從檢測(cè)到可疑物到再回到起始點(diǎn)的時(shí)間為t2。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)思路認(rèn)真分析題目要求，不難確定該系統(tǒng)主要由顯示模塊、主控制模塊、聲光報(bào)警模塊、鐵磁材料薄片探測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無(wú)限傳輸模塊和巡線模塊等組成。系統(tǒng)整體框圖如下圖2.1：圖2.1 系統(tǒng)

3、整體框圖主控制器通過判斷巡線模塊輸入的信息，控制小車的行車狀態(tài)。當(dāng)小車檢測(cè)到可疑物時(shí)，鐵磁材料探測(cè)模塊會(huì)將此信息傳入主控制，主控制器此時(shí)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警訊號(hào)，同時(shí)電磁鐵模塊電路便會(huì)工作，將可疑物“拿起”。2.2模塊方案的比較與選擇2.2.1主控制器模塊方案一：選用at89s52 作為主控器件 該單片機(jī)為51系列增強(qiáng)型8位單片機(jī)，它有32個(gè)端口，基本上能滿足設(shè)計(jì)的所有要求，但其處理速度稍慢。方案二：選用凌陽(yáng)spce061a單片機(jī)為主控器件 spce061a 凌陽(yáng)單片機(jī)是具有強(qiáng)大功能的16 位微控制器，它內(nèi)部集成7路10位adc和 2 通道10位dac，并且i/o 口資源豐富，可以直接完成各輸入和顯

4、示輸出的控制，處理速度更快。本賽題要求小車要在5分鐘內(nèi)完成所有的動(dòng)作，當(dāng)小車檢測(cè)到邊界線時(shí)，主控制器要能及時(shí)作出反應(yīng)，這就要求主控制器要有很高的處理速度?；谝陨戏治?，我們選擇方案二。2.2.2 尋邊界線模塊方案一：選擇攝像頭檢測(cè) 利用圖像提取技術(shù)或像素提取技術(shù)，根據(jù)攝像頭拍攝到的圖片決定下一步的運(yùn)動(dòng)方向。但是其價(jià)格較貴，容易受到干擾，而且不易控制。方案二：選擇反射式紅外對(duì)管 該對(duì)管由發(fā)射管和接收管兩只管子組成，它同lm324比較器和其他一些簡(jiǎn)單的器件組成黑色邊界線檢測(cè)單元電路。本設(shè)計(jì)中，只需檢測(cè)電路能正確識(shí)別“黑”與“白”兩種路況信息即可。紅外對(duì)管檢測(cè)具有精確度高、抗干擾能力強(qiáng)和簡(jiǎn)單易用等特

5、點(diǎn)，而攝像頭檢測(cè)易受光線的干擾，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，反映速度也不及紅外對(duì)管。相對(duì)來講，紅外對(duì)管具有更高的性價(jià)比，因此我們選擇方案二。2.2.3鐵磁材料薄片檢測(cè)模塊方案一：采用電感線圈構(gòu)造一個(gè)電感三點(diǎn)式高頻振蕩的電路 當(dāng)有金屬靠近時(shí)，隨電感量的改變振蕩電路的振蕩頻率也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，主控制器據(jù)此便可判定有沒有檢測(cè)到金屬。但這種電路的q值較高，電感不易測(cè)得。方案二：選擇電感接近式開關(guān) 該傳感器是由lc高頻振蕩器和放大處理電路組成。當(dāng)有金屬物體接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，金屬物體內(nèi)部在磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生渦流。感生的渦流會(huì)反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)的振蕩能力衰減，其內(nèi)部電路的參數(shù)就會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，

6、根據(jù)相關(guān)參數(shù)的變化即可識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，這種檢測(cè)電路具有簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)?；谝陨戏治?，我們選擇方案二。2.2.4顯示模塊方案一：采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示 此方案是靠人眼的視覺暫留效應(yīng)和循環(huán)掃描的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示的，顯示的任一時(shí)刻最多只有一只管子是點(diǎn)亮的。這種顯示方案具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、顯示亮度高和穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但系統(tǒng)需要顯示的信息量較大，并且要顯示英文字母等信息，采用數(shù)碼管顯示技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一要求。方案二：采用lcd1602顯示 液晶顯示器具有功耗低、無(wú)輻射、平面直角顯示以及影像穩(wěn)定等特點(diǎn)，以及可視面積大、畫面效果好、顯示內(nèi)容多等優(yōu)點(diǎn)，并且它還可以顯示圖案、英文字母和漢字等信息。因此，只需用一塊lcd

7、1602就可以顯示所需顯示的全部?jī)?nèi)容，其性價(jià)比遠(yuǎn)優(yōu)于動(dòng)態(tài)顯示。由于本排爆系統(tǒng)需顯示“ready”、“time”和“go”等大量的信息，所以我們選擇方案二。2.2.5 電機(jī)的選擇 排爆小車的任何一個(gè)動(dòng)作都需要由電機(jī)來完成，故電機(jī)的選擇非常重要。方案一：選擇直流電機(jī) 直流電機(jī)調(diào)速性能優(yōu)越，易于平滑調(diào)速，這是步進(jìn)電機(jī)無(wú)法取代的，且其過載能力較強(qiáng)。但此系統(tǒng)要求小車要能及時(shí)停車和轉(zhuǎn)彎，直流電機(jī)要實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)，必須外加制動(dòng)電路，從而使硬件電路變得較復(fù)雜。方案二：選擇步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠不斷地給控制端輸入脈沖來控制的，其轉(zhuǎn)速的控制是靠輸入脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)的，頻率越高，轉(zhuǎn)速也越快，但其力矩也會(huì)相應(yīng)的變?nèi)?/p>

8、。其正反轉(zhuǎn)是靠給相應(yīng)控制端輸入高低電平來是實(shí)現(xiàn)的，控制起來也非常的容易。因此，只要控制好相應(yīng)的控制端，就可很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)小車及時(shí)停車和轉(zhuǎn)彎的控制，不需要外加制動(dòng)電路?；谝陨峡紤]，我們選擇方案二。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)spce061a單片機(jī)與其他子模塊的硬件連接圖如下圖3.1： 圖3.1 系統(tǒng)硬件連接圖3.2單元電路設(shè)計(jì)3.2.1邊界線檢測(cè)電路設(shè)計(jì)賽題要求，整個(gè)行車過程中，小車車體不得越過黑色邊界線，這就要求小車要能識(shí)別邊界線。邊界線的檢測(cè)，我們選擇紅外對(duì)管，其檢測(cè)原理如下圖3.2.1。當(dāng)檢測(cè)到白色路面時(shí)，比較器輸出為高電平；而當(dāng)檢測(cè)到黑色邊界線時(shí)，由于發(fā)射管發(fā)出的紅外線被黑帶吸收而接收管

9、接收不到紅外線，則比較器輸出低電平。為了使小車車體不越過邊界線，我們?cè)谛≤嚽懊孀笥覀?cè)裝設(shè)2對(duì)紅外對(duì)管，兩對(duì)對(duì)管間的距離稍小于通道邊界線間距離的一半。當(dāng)兩對(duì)對(duì)管的任一對(duì)檢測(cè)到黑色邊界線時(shí)，小車會(huì)自動(dòng)偏轉(zhuǎn)以避開邊界線。裝設(shè)對(duì)管時(shí)，必須保證兩側(cè)的對(duì)管不能同時(shí)檢測(cè)到通道兩側(cè)的任一邊界線和通道中央引導(dǎo)線。每對(duì)接收管和發(fā)射管間的距離應(yīng)略大于黑色邊界線，取2cm。圖 3.2.1 紅外對(duì)管檢測(cè)電路原理圖3.2.2聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警器件可選用普通的壓電陶瓷蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)，而光信息提示可借助于普通的發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)。由于蜂鳴器正常工作時(shí)，流過的電流為10ma左右，而發(fā)光二極管正常發(fā)光所需電流為20ma左右。我們可

10、利用npn型三極管9013作為單片機(jī)可控制其通斷的開關(guān)器件，其基極通過200左右的普通電阻與單片機(jī)i/o口連接，以防止三極管的誤導(dǎo)通?？紤]到三極管集電極和發(fā)射集間的壓降和發(fā)光二極管的導(dǎo)通電阻，蜂鳴器正端與+5v電源相接，其負(fù)端需串接200的電阻后同三極管的集電極相連。而發(fā)光二極管的陽(yáng)極同三極管的發(fā)射極相連，其陰極同地直接相接。當(dāng)單片機(jī)送高電平給三極管的基極時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光，同時(shí)蜂鳴器通電發(fā)聲。而當(dāng)單片機(jī)送低電平時(shí)，三級(jí)管截止，此時(shí)發(fā)光二極管熄滅，蜂鳴器也斷電。只要適當(dāng)?shù)目刂茊纹瑱C(jī)送出脈沖的占空比和頻率，即可得到不同效果的聲光報(bào)警信息。其原理圖如下圖3.2.2。圖3.3.2 聲

11、光報(bào)警模塊原理圖3.2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，我們選擇4相6線步進(jìn)電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)電路由l297、l298和其他一些外圍器件組成。l297是脈沖分配器，只要步進(jìn)電機(jī)的相序正確的連接到驅(qū)動(dòng)板上，l297就會(huì)自動(dòng)的將輸入到端口cw/ccw的脈沖分配給步進(jìn)電機(jī)的各個(gè)相序，這樣電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。只需單片機(jī)通過i/o口向l297的17和18腳發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)即可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)。其驅(qū)動(dòng)電路原理如下圖3.2。3.2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.2.4電磁鐵機(jī)械手電路電磁鐵機(jī)械手電路原理圖如下圖3.2.4。當(dāng)霍爾傳感器檢測(cè)到金屬，聲光報(bào)警電路發(fā)出聲光訊號(hào)的同時(shí)，單片機(jī)相應(yīng)i/o口會(huì)輸出高電平，

12、此時(shí)三極管9013導(dǎo)通，電磁鐵機(jī)械手電路便會(huì)通電。由于線圈中有電流通過，鐵芯兩端即會(huì)有電磁產(chǎn)生，其磁性的大小同線圈中流過電流的大小和線圈的匝數(shù)有關(guān)。按賽題要求，本電磁鐵機(jī)械手電路要能夠“拿起” 1.5cm1.5cm的鐵磁材料薄片，因此對(duì)感生的磁性有一定要求。又由于受車體高度的限制，鐵芯不能太長(zhǎng)，我們選擇3.5cm長(zhǎng)的鐵釘，線圈選擇直徑為1mm左右漆包線，選用5v 3a的開關(guān)電源供電。為確保電磁鐵機(jī)械手的作用范圍，我們制作了8根這樣的鐵釘，每根鐵釘上繞約40匝漆包線，將這8根鐵釘并排放在檢測(cè)可疑物霍爾傳感器的后面。圖3.2.4電磁鐵機(jī)械手電路4軟件設(shè)計(jì)軟件部分設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是找到一個(gè)合適的算法，使小

13、車通過通道進(jìn)入圓形危險(xiǎn)區(qū)域后，能遍歷整個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域，盡量使檢測(cè)的盲區(qū)最小。軟件部分主要由避免車體壓邊界線和遍歷危險(xiǎn)區(qū)兩大部分組成。編程時(shí)，我們采用了模塊化的編程思想。4.1設(shè)計(jì)思想1小車在通道中行駛1）僅左側(cè)對(duì)管檢測(cè)到邊界線，小車右轉(zhuǎn)。2）僅右側(cè)對(duì)管檢測(cè)到邊界線，小車左轉(zhuǎn)。3）左右兩側(cè)對(duì)管都沒檢測(cè)到邊界線，小車直走。2小車遍歷圓形危險(xiǎn)區(qū)此系統(tǒng)中，我們使用了3只霍爾傳感器來檢測(cè)鐵磁材料薄片。由于霍爾傳感器檢測(cè)范圍有限，三只對(duì)管檢測(cè)的范圍也很有限。我們只有設(shè)計(jì)一個(gè)合適的算法才能達(dá)到遍歷整個(gè)危險(xiǎn)區(qū)的目的。算法如下：1）小車由通道進(jìn)入圓形區(qū)后直走以檢測(cè)邊界線，檢測(cè)到邊界時(shí)，小車左轉(zhuǎn)一個(gè)小角度以避開邊界。

14、按這種方法檢測(cè)下去，直到小車檢測(cè)到中間引導(dǎo)線為止。2）當(dāng)檢測(cè)到中間引導(dǎo)線時(shí)，小車左轉(zhuǎn)150度，然后直走。再次檢測(cè)到邊界線時(shí)，小車左轉(zhuǎn)180度，直到檢測(cè)到鐵磁材料可疑物。3）檢測(cè)到到可疑物后，發(fā)出聲光訊號(hào)的同時(shí)，電磁鐵機(jī)械手將可疑物“拿起”。然后小車直走，尋找黑色邊界線，找到邊界線后，小車沿著邊界線回到出發(fā)點(diǎn)，并將可疑鐵磁薄片“拿到”起始點(diǎn)放下。4.1主程序流程圖主程序流程圖如下圖4.1。 圖4.1 主程序流程圖5系統(tǒng)測(cè)試5.1基本要求測(cè)試5.1.1尋邊界線紅外對(duì)管性能測(cè)試兩對(duì)紅外對(duì)管裝設(shè)在小車最前端左右兩側(cè)，其作用是尋黑色邊界線，主要用來指導(dǎo)小車的行駛狀態(tài)和確保車體不會(huì)壓著邊界線，其性能測(cè)試如

15、下表5.1.1。表 5.1.1 對(duì)管性能測(cè)試左側(cè)對(duì)管檢測(cè)到邊界 線右側(cè)對(duì)管檢測(cè)到邊界線小車行駛區(qū)域小車狀態(tài)車體有無(wú)壓著或超出邊界行車時(shí)間超過5分鐘是否通道中右轉(zhuǎn)0.9度后直走沒有否否是通道中左轉(zhuǎn)0.9度后直走沒有否否否通道中直走沒有否是否危險(xiǎn)區(qū)沒有否否是危險(xiǎn)區(qū)沒有否否否危險(xiǎn)區(qū)小車直走沒有否/ /小車自動(dòng)停車 /是5.1.2分段計(jì)時(shí)性能測(cè)試賽題要求計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用分段計(jì)時(shí)的方式，從起始點(diǎn)到檢測(cè)到可疑物的時(shí)間為t1；從檢測(cè)到可疑物到機(jī)械手把可疑物“帶回”起始點(diǎn)的時(shí)間為t2。分段計(jì)時(shí)功能測(cè)試如下表5.1.2。表5.1.2 分段計(jì)時(shí)性能測(cè)試計(jì)時(shí)時(shí)間t1計(jì)時(shí)時(shí)間t2鐵磁可疑物位置總共用時(shí)（t1+t2）實(shí)際用

16、時(shí) 危險(xiǎn)區(qū)圓心處通道口處通道口對(duì)面緊貼邊界線除5.2發(fā)揮部分功能測(cè)試5.2.1聲光報(bào)警測(cè)試當(dāng)檢測(cè)到可疑物時(shí)，此聲光報(bào)警部分會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲光訊號(hào)以提示已經(jīng)檢測(cè)到可疑物，其性能測(cè)試如下表5.2.1。表5.2.1 聲光報(bào)警測(cè)試檢測(cè)到鐵磁材料可疑物指示燈狀態(tài)蜂鳴器狀態(tài)備注 是 亮 報(bào)警檢測(cè)到可疑物時(shí)，小車會(huì)停留一段時(shí)間，然后再行車。 否滅不報(bào)警5.2.2無(wú)限數(shù)據(jù)傳輸功能5.3誤差分析綜合測(cè)試表明，系統(tǒng)中有以下誤差：1）時(shí)間顯示誤差 此誤差主要與單片機(jī)的晶振頻率和c語(yǔ)言每條指令執(zhí)行的時(shí)間有關(guān)。計(jì)算相關(guān)指令的執(zhí)行時(shí)間時(shí)，我們只是估算的，這肯定會(huì)存在一定的誤差。另外，我們計(jì)時(shí)是以s為單位的。當(dāng)行車時(shí)間不到整秒

17、時(shí)，顯示模塊顯示的是去掉非整秒后的整秒時(shí)間，這也可能會(huì)存在一定的誤差。2）對(duì)管檢測(cè)誤差 這種誤差主要是由光線干擾引起的。光線太暗時(shí)，對(duì)管會(huì)誤認(rèn)為檢測(cè)到了黑線；管線太亮?xí)r，對(duì)管則會(huì)很難識(shí)別出黑色邊界線。6設(shè)計(jì)結(jié)論經(jīng)過一個(gè)星期的努力，我們?cè)O(shè)計(jì)并制作了一個(gè)自動(dòng)排爆小車系統(tǒng)。綜合測(cè)試表明，此排爆小車系統(tǒng)具有自動(dòng)排爆、聲光報(bào)警、分段計(jì)時(shí)和精確顯示等功能，并且能較精確的遍歷整個(gè)危險(xiǎn)區(qū)，說明我們選擇的遍歷算法是合適的。本次設(shè)計(jì)不僅圓滿完成了基本部分的所有要求，而且還完滿的實(shí)現(xiàn)了發(fā)揮部分要求的聲光報(bào)警功能。參考文獻(xiàn)1 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分康華光 編 高等教育出版社2 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分康華光 編 高等教

18、育出版社3 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品精選全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì) 編 北京理工大學(xué)出版社4 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題精選 陳永真 等編著 電子工業(yè)出版社附錄：主程序清單#include#include#include#includeuint cnt=0;void irq1(void)_attribute_(isr);void main() init(); lcd_init(); clear_lcd(0,0);clear_lcd(0,1); displaystring(0,0,ready .); while(d_l=!0&d_r!=0) d_l=*p_iob_data&0x0020;

19、d_r=*p_iob_data&0x0010;*p_watchdog_clear=0x0001; delay(500);clear_lcd(0,0); displaystring(0,0,go .); delay(600);clear_lcd(0,0); displaystring(0,0,time: s); displayonechar(5,0,minute/10+0x30); displayonechar(6,0,minute%10+0x30); displayonechar(7,0,0x3a); displayonechar(8,0,second/10+0x30); displayone

20、char(9,0,second%10+0x30); _asm(irq on);/*小車步進(jìn)、轉(zhuǎn)角測(cè)試*/ /* motor_step(250);/步進(jìn)12.25cm _asm(irq off);delay(1000);_asm(irq on); motor_right();motor_angle(0,210);/右轉(zhuǎn)，兩個(gè)輪子同時(shí)轉(zhuǎn)，角度90 _asm(irq off);delay(1000);_asm(irq on);motor_angle(1,820);/左轉(zhuǎn)，只有一個(gè)輪子轉(zhuǎn)，角度180 _asm(irq off);delay(1000);_asm(irq on);motor_angle(

21、2,820);/右轉(zhuǎn)，只有一個(gè)輪子轉(zhuǎn)，角度180 _asm(irq off); while(1) *p_watchdog_clear=0x0001;*/*/ while(1) /search_metal();get_metal(); search_road();get_metal(); d_r=*p_iob_data&0x0010; if(second35&d_r=0) motor_left();motor_angle(0,200); motor_line();delay(500); while(1) search_metal();get_metal(); *p_watchdog_clear=0x0001; /*輪子轉(zhuǎn)彎時(shí)的方式*/void all_pluse()/左右輪都給脈沖，方向向反switch(flag)case 0:*p_iob_data&=0xfff5;flag=1;break;case 1:*p_iob_data|=0x000a;flag=0;pluse+;break; /*if(flag=0) *p_iob_data&=0xfff5;flag=1; else if(flag=1) *p_iob_data|=0x000a;flag=0;pluse+; */void right_pluse()/右輪給脈沖，左輪