多功能智能救援小車的設(shè)計

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words1引言21多功能智能救援的概述21.1課題背景2 1.2多功能智能救援車的技術(shù)概況21.3多功能智能救援小車的研究目的和研究意義32.方案的比較與選擇32.1小車的車體選擇42.2小車主控芯片的選擇42.3小車自動循跡模塊的選擇52.4小車金屬檢測裝置的選擇 62.5小車金屬撿取裝置的選擇62.6小車避障模塊的選擇72.7小車顯示模塊的選擇82.8方案的最終選定83硬件系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn) 83.1智能救援車最小控制模塊的設(shè)計.83.1.1最小系統(tǒng)中時鐘電路的設(shè)計 93.1.2最小系統(tǒng)中復(fù)位電路的設(shè)計 93.2智能救援車電源模塊的設(shè)計10

2、3.2.1單片機供電穩(wěn)壓模塊設(shè)計103.2.2驅(qū)動電路與其他模塊穩(wěn)壓的設(shè)計103.3智能救援車電機驅(qū)動模塊的設(shè)計113.4智能救援車循跡避障模塊的設(shè)計133.4.1智能救援車循跡模塊的設(shè)計133.4.2智能救援車避障模塊的設(shè)計153.5智能救援車檢測金屬和轉(zhuǎn)移金屬模塊設(shè)計16多功能智能救援小車的設(shè)計3.5.1智能救援車檢測金屬模塊的設(shè)計163.5.2智能救援車撿取金屬模塊的設(shè)計163.6智能救援車顯示模塊的設(shè)計174系統(tǒng)的軟件設(shè)計184.1調(diào)速模塊的設(shè)計194.2液晶顯示模塊的設(shè)計194.3小車檢測與撿取金屬程序流程圖的設(shè)計214.4避障模塊流程圖的設(shè)計214.5循跡模塊流程圖的設(shè)計225結(jié)論

3、22參考文獻24附錄25致謝28多功能智能救援小車的設(shè)計機械電子工程 趙立民指導(dǎo)老師 楊桂林摘要：本設(shè)計是以STC89C52為核心控制單片機，外部搭設(shè)了各種傳感器、機械手和太陽能電池板。當(dāng)接收到信息后可快速處理數(shù)據(jù)后并完成相應(yīng)的操作，以此實現(xiàn)相應(yīng)的功能的多功能智能救援車。小車的驅(qū)動動力由L298N驅(qū)動四個直流減速電機提供，通過漫反射光電開關(guān)來實時采集與周圍物體的距離，以實現(xiàn)避開障礙物的功能；系統(tǒng)的循跡功能采用RPR220型光電傳感器來采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)絾纹瑱C來完成；采用金屬接近開關(guān)TL-Q5MC1來檢測鐵片并傳輸?shù)絾纹瑱C，最終由單片機控制撿取機構(gòu)撿起鐵片并轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域；此外小車還搭載1602液

4、晶，對小車的顯示時間進行實時顯示。從而實現(xiàn)了能夠自動檢測鐵片、循跡、避障、轉(zhuǎn)移金屬鐵片、自行充電和實時顯示小車行駛時間的的多功能智能救援小車。關(guān)鍵詞：電機驅(qū)動L298N；漫反射光電開關(guān)；RPR220；接近開關(guān)；機械手 Design of Multi-functional Intelligent Rescue VehicleStudent majoring in mechatronic engineering Zhao LiMinTutor Yang GuiLinAbstract：The design is based on the core control STC89C52 micr

5、ocontroller, external erection of a variety of sensors, robots and solar panels. Once Upon receiving the information can quickly process the data and complete the appropriate action in order to achieve the appropriate multi-function smart rescue vehicle. L298N driving power car driven by four DC gea

6、r motor is provided by diffuse photoelectric switch to real-time acquisition and surrounding objects distance, avoid obstacles in order to achieve the function; tracking features of the system using RPR220 photoelectric sensors to collect data and transmitted to the microcontroller to complete; usin

7、g metal sensor TL-Q5MC to detect iron and transmitted to the microcontroller, ultimately controlled by the microcontroller seizure agency picked up the iron and transferred to a safe area; also car is also equipped with 1602, of the trolley Show time for real-time display. In order to achieve the ab

8、ility to automatically avoid obstacles, tracking, testing, transfer of metallic iron piece, self-charging and real-time display of the car driving the car multifunctional smart rescue.Key words: Motor driver L298N; Diffuse photoelectric switch; RPR220; Proximity switch; manipulator引言伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外

9、對于多功能智能系統(tǒng)的研究開發(fā)以及應(yīng)用越來越加廣泛，其中多功能智能救援系統(tǒng)的研究開發(fā)尤為引起專家們的高度重視。目前，國內(nèi)外多功能智能救援系統(tǒng)的主要用途是用于在救援人員無法施展救援工作或救援人員參入工作危險性較大的條件下，保證搶險工作的順便進行，保障人民生命財產(chǎn)安全的設(shè)備。根據(jù)以上情況，結(jié)合本設(shè)計要實現(xiàn)的多功能智能救援小車實現(xiàn)自動避障、自動尋跡、對行駛時間實時顯示、自動檢測路面鐵塊并且轉(zhuǎn)移到安全地域和太陽能智能充電的功能，本設(shè)計結(jié)合了國內(nèi)外大量的有關(guān)多功能智能救援小車科研項目的資料?；谝陨系墓δ?，本設(shè)計采用了STC89C52單片機作為本控制系統(tǒng)的核心控制單片機，硬件部分主要包括了以下的幾個模塊：

10、直流減速電機驅(qū)動模塊L298N、尋跡模塊RPR220光電對管、漫反射紅外光電對管、直流減速電動機、單片機控制模塊STC89C52、金屬感應(yīng)傳感器TL-Q5MC1、1602液晶顯示模塊、機械手轉(zhuǎn)移金屬模塊、電源穩(wěn)壓模塊等。本設(shè)計的救援小車在工作時由四個直流減速電機驅(qū)動來提供動力，用漫反射光電開關(guān)、RPR220型紅外線光電對管實現(xiàn)在行駛中遇到障礙物的躲避和循跡功能，當(dāng)遇到金屬物品時由金屬感應(yīng)器TL-Q5MC1來檢測鐵片并傳輸?shù)絾纹瑱C，最終由單片機來控制機械手的運動來撿起鐵片并轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域，此外搭載的1602液晶在小車行駛過程中實時對行駛時間進行顯示。從而實現(xiàn)了能夠自動避障、循跡、檢測、轉(zhuǎn)移金屬鐵

11、片、自行充電和實時顯示小車行駛時間的的多功能智能救援小車，大大提高了小車的救援效率。 1 多功能智能救援車的概述1.1課題背景 結(jié)合我國2008年的汶川特大地震和南方的特大雪災(zāi)，以及2010年的玉樹地震和舟曲的泥石流等一些列的自然災(zāi)害。近幾年我國的自然災(zāi)害越演越烈，給人民的財產(chǎn)、生活、交通安全帶來重大的安全隱患。據(jù)統(tǒng)計自2008年起，罕見的冰雪天氣卷席南方致使黔東南大地遭受1984年以來最大的冰雪災(zāi)害。致使其下轄的多個市縣供電系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，并且致使受災(zāi)戶數(shù)累計多達12.98萬戶之多。2008年汶川發(fā)生的8級特大地震，致使四川遇難和失蹤人數(shù)高達87000人，直接經(jīng)濟損失8

12、451億之多，經(jīng)濟狀態(tài)倒退五年之多。除此以外，每年雨季到來時我國部分山區(qū)泥石流不斷，因為救援工作無法及時展開導(dǎo)致的人數(shù)傷亡和損失無法估量?？梢娮匀粸?zāi)害對于交通安全產(chǎn)生和人民財產(chǎn)安全的嚴(yán)重影響，因此最大程度的降低自然災(zāi)害對人民財產(chǎn)安全造成的危害是迫在眉睫的。結(jié)合我國現(xiàn)在的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展情況，開展多功能智能救援車技術(shù)的研究，研究開發(fā)有針對性的智能救援工具，已成為時下一個重要而緊迫的課題。1.2 多功能智能救援車的技術(shù)概況 多功能智能救援車的用途主要是用于在救援人員無法施展救援工作或救援人員參入工作危險性較大的條件下，保證搶險工作的順利進行，從而保障人民生命財產(chǎn)安全的設(shè)備。近

13、幾十年，國外對于智能救援車的研究發(fā)展非常迅速，并且研發(fā)種類越來越多，研究各類的救援車基本能夠適合所有的救災(zāi)場合。此外，各大生產(chǎn)廠商也在實際需求的要求下采用全新技術(shù)和新工藝的同時，不斷提高產(chǎn)品競爭力和研發(fā)新一代的多功能智能救援車。目前，國外智能救援車的主要發(fā)展趨勢有一下幾大方向：（1）全自動電液雙控制系統(tǒng)，可使智能救援車在作業(yè)時實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)動力的功能，使救援速度自動適應(yīng)救援環(huán)境變化，由此也保證了在救援時候高效率的要求。（2）向可以參加多種復(fù)雜環(huán)境的救援車方向發(fā)展，提高了救援車的使用效率以及拓寬了機器的使用范圍。（3）研制具有仿形能力的多功能智能救援車，加強保護救援過程中的傷員，提高智能救援車的適

14、應(yīng)能力，并逐步向高速度、智能、多學(xué)科融合一體化方向發(fā)展。于發(fā)達國家相比較，我國對于多功能智能救援車技術(shù)研究起步較晚，始于近十幾年，相關(guān)研究單位主要集中在消防救援部門、高校創(chuàng)新實驗室。并且近幾年先后有幾種救援車的研究和投入適用的救援車。伴隨著2008年汶川地震、南方特大雪災(zāi)等重大的自然災(zāi)害現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)，無人救援工作越來越引起國家的高度重視，國內(nèi)一些廠家也參照國外的先進技術(shù)工藝，研制出適合我國救援工作的救援工具，如生命跡象檢測儀和完成特殊工作的儀器，例如2013年為了完成月球檢測的玉兔號。但相對于世界先進國家智能救援車的發(fā)展?fàn)顩r相比，產(chǎn)品的數(shù)量以及性能差距較大?；诖朔N現(xiàn)狀，國內(nèi)先后開展了各種關(guān)

15、于多功能智能救援車方面的電子設(shè)計大賽，除此以外國內(nèi)像清華大學(xué)此類的高校開展了關(guān)于智能車的研究，并且有越來越多的機構(gòu)和學(xué)者也加入到這一新興學(xué)科中。1.3多功能智能救援小車的研究目的和研究意義 本課題研究目的就是本著實用的設(shè)計思想，充分考慮到了生產(chǎn)需求、使用需求、環(huán)境需求、經(jīng)濟需求等一系列的因素，追求實現(xiàn)合理設(shè)計的多功能智能救援小車。本次設(shè)計涉及到的領(lǐng)域有電子、機械原理、信息科學(xué)、設(shè)計等領(lǐng)域，是一個綜合性的應(yīng)用研究課題。設(shè)計以高效實用、最大限度保護傷員為目的的多功能智能救援車，設(shè)計過程中通過了較長時間的市場調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)有的資料，工藝，設(shè)備及發(fā)展趨勢，從而較為完整的完成了多功能智能救援車的

16、驗證和設(shè)計，并將通過試驗和修正保證整個系統(tǒng)的可靠性。使其成為易于維護和進一步進行功能擴展，盡筆者的思想理念推動產(chǎn)生一種全新的多功能智能救援車設(shè)計理念和設(shè)計模式，進而推動多功能救援車的設(shè)計進步及革命。2 方案的比較與選擇 根據(jù)本設(shè)計要滿足的基本要求，結(jié)合本設(shè)計任務(wù)主要完成智能救援小車的自動避障、循跡、檢測金屬、撿取金屬并且轉(zhuǎn)移到安全位置、顯示行駛時間等一系列的工作，同時對行駛過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進行實時處理。根據(jù)以上要完成的相應(yīng)功能，本設(shè)計系統(tǒng)整體最終劃分為以下的幾個基本模塊：電源模塊、直流減速電動機驅(qū)動模塊、尋跡探測模塊、避障模塊、金屬檢測與轉(zhuǎn)移模塊、行駛時間顯示模塊。本設(shè)計中小車主要模

17、塊結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：STC89C52金屬檢測模塊穩(wěn)壓電源模塊循跡檢測模塊電機驅(qū)動模塊機械手模塊顯示模塊圖2-1 小車主要模塊結(jié)構(gòu)圖21小車的車體選擇方案一 購買標(biāo)準(zhǔn)智能車模型標(biāo)準(zhǔn)的智能車模型具有組裝完整的車輪和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)、電機和驅(qū)動模塊以及搭載各種控制器的合適位置，此外標(biāo)準(zhǔn)車模還有減震裝置，對小車行駛過程中的顛簸有一定的緩沖作用，從而減輕對傳感器精確度的影響。標(biāo)準(zhǔn)的智能車模型還具有以下的優(yōu)點：標(biāo)準(zhǔn)智能車模型空間優(yōu)化合理，可以在合適的位置安放自己設(shè)計的PCB板子安裝起來比較方便。標(biāo)準(zhǔn)的智能車模型也有相應(yīng)的缺點，如搭載的減速電機都是塑料齒輪，這一來在較為惡劣的工作環(huán)境時候很可能會出現(xiàn)齒輪因為扭矩

18、過大而扭斷的情況。其次，標(biāo)準(zhǔn)智能車模型雖然是空間優(yōu)化合理，但是對不同的設(shè)計者布置線路的喜好不同也會出現(xiàn)不好的結(jié)果從而影響信號精度。方案二 自行訂制智能車根據(jù)自己實際設(shè)計的搶險車的尺寸，自己手工制作車的底盤和搭載線路板的支架。并且可以根據(jù)智能車的工作情況自行選擇減速電機的型號，從而解決在工作過程中可能出現(xiàn)的齒輪斷裂的情況。自行設(shè)計救援小車的車模，能更好的滿足本設(shè)計功能實現(xiàn)的一些列要求。綜上所述，在本設(shè)計基本要求可以滿足的前提下，考慮到智能救援車復(fù)雜多變的工作環(huán)境等因素，本設(shè)計系統(tǒng)采用方案二中自制救援小車模型的方法。22 小車主控芯片的選擇方案一 采用Msp430單片機作為控制芯片Msp430單片

19、機無論是在處理速度和功能上都較為強大，搭載在此智能小車上完全可以實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中要求的所有功能。但是此型號的單片機價格昂貴，在焼寫程序時候較為繁瑣并且放在此款智能車上相當(dāng)一部分I/O口無用，相當(dāng)于資源浪費。方案二 采用STC89C52作為控制芯片STC89C521單片機作為應(yīng)用較為廣泛單片機，有比較強的穩(wěn)定性；擁用2K字節(jié)存儲ROM的 89C52單片機，足夠存貯本設(shè)計中智能救援車運行所需要的C語言程序；4組I/O口足以實現(xiàn)本智能車外部設(shè)備的檢測和鏈接，并可以實現(xiàn)軟件遠程升級，無需其他的編程器實現(xiàn)。STC89C52單片機支持12時鐘或者是6時鐘模式 ，不僅可以實現(xiàn)可編程看門狗的

20、定時器而且還內(nèi)置了3個16位定時器/計數(shù)器；低EMI方式(ALE禁止)；還兼容COMS和TTL邏輯電平；并且能夠?qū)崿F(xiàn)掉電檢測和低功耗模式。綜上方案中對兩種單片機的敘述，在本設(shè)計基本要求可以滿足的前提下，考慮到智能救援車復(fù)雜多變的工作環(huán)境，就需要一款性能比較穩(wěn)定、抗干擾能力強的單片機作為主控制器?？紤]到了52單片機價格比較低廉，通用性靈活。故本系統(tǒng)設(shè)計采用方案二，選用功能及性能穩(wěn)定的STC89C52單片機。2.3小車自動循跡模塊的選擇方案一 采用CCD攝像頭實現(xiàn)小車循跡功能目前國內(nèi)利用CCD單色攝像頭，對于白色場地上的黑線的識別功能的技術(shù)已做的比較成熟，檢測的圖像清晰準(zhǔn)確。但是用CCD圖像傳感器

21、收集數(shù)據(jù)以后需要單片機處理的信號量過大，對于本設(shè)計要采用的52單片機是一種負擔(dān)，并且單色攝像頭價格昂貴，硬件電路的設(shè)計也是較為困難。除此外軟件編程復(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因素，對于此小車的設(shè)計成本也較高。方案二 采用光電探測器來實現(xiàn)循跡利用光敏電阻在系統(tǒng)循跡時的原理為：當(dāng)光敏電阻探測到黑線時，由于黑線附近光束被黑線吸收，從而導(dǎo)致黑線附近的光敏電阻的電阻值發(fā)生變化，這個變化的信息經(jīng)過電壓比較器與其他光敏電阻阻值比較后送給單片機處理，從而來判斷單片機是否在沿著軌跡行走，從而實現(xiàn)了控制救援車自行控制循跡的功能。但其缺點是光敏電阻在循跡的時候?qū)Νh(huán)境的要求較高，如果在較為惡

22、劣和光照條件較強烈的環(huán)境時候，可能會導(dǎo)致救援小車不能完成相應(yīng)的循跡功能。方案三 采用RPR220光電對管來實現(xiàn)系統(tǒng)循跡功能一體化的反射型光電高效傳感器RPR220光電對管，它的接收管是一個靈敏度相對較高的硅平面光電三極管，發(fā)射管是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管。RPR220工作原理是，發(fā)射頭在實時發(fā)射信號，信號在白色場地上時候能反射到接收頭，此時傳輸?shù)絾纹瑱C為高電平；當(dāng)車體壓到黑線時候利用黑色能吸收所有光的特性，發(fā)射頭的光被吸收而不能被接收頭接受，此時輸入單片機為低電平。利用這個高低電平的變化從而來實現(xiàn)控制小車循跡的作用。采用了DIP4 封裝的RPR220型光電對管它的結(jié)構(gòu)相對簡單，并且采用高透塑料

23、作為它的透鏡可以大大的提高靈敏度，此外可見光過濾器內(nèi)置在兩個透鏡內(nèi)還能大大減小離散光的影響，工作性能極為穩(wěn)定。綜上三種方案分析，采用RPR220觀點開關(guān)來實現(xiàn)系統(tǒng)的循跡功能較之?dāng)z像頭和光電探測器更為合理。不僅價格便宜容易購買，而且其電路結(jié)構(gòu)簡單、集成度高，在后續(xù)調(diào)試小車時候可以大大減小了工作量，實際使用效果更為突出。所以我選擇采用第三種方案來實現(xiàn)本救援車的循跡功能。2.4 小車金屬檢測裝置的選擇方案一 采用自制渦流感應(yīng)線圈來檢測路面金屬 采用根據(jù)渦流效應(yīng)自制的感應(yīng)線圈來檢測路面的金屬，此種方法取材較為方便，但是在使用自制的感應(yīng)器時候，在路面金屬發(fā)生渦流效應(yīng)的時候，很難接收到信號導(dǎo)致檢測的成功率

24、極低，從而導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)移金屬的功能。并且自制的感應(yīng)器在調(diào)試的時候可能精確度無法滿足自身的設(shè)計要求，且體積較為龐大安裝在小車上太過笨重。方案二 采用TL-Q5MC1接近開關(guān)來檢測金屬作為一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器TL-Q5MC1屬于電感式接近開關(guān)，它主要是由放大電路和LC高頻振蕩器來組成。其工作原理為當(dāng)有金屬物體接近這個能夠產(chǎn)生電磁場的感應(yīng)觸頭的時候，使靠近它的金屬物體的內(nèi)部產(chǎn)生了渦流的原理。當(dāng)產(chǎn)生渦流以后，這個渦流又反作用于TL-Q5MC1，使接近開關(guān)內(nèi)部的高頻振蕩器振蕩能力衰減，從而致使內(nèi)部電路的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，由此將此參數(shù)的變化傳輸給單片機來識別有無金屬物體接近。由于本智能救援車的控制系統(tǒng)為

25、單片機，而TL-Q5MC1可以輸出一個簡單的開關(guān)信號，方便單片機檢測到這個信號，并且此檢測芯片多數(shù)已經(jīng)模塊化體積較為小巧，安裝在救援車上適中。綜上兩種方案分析，采用TL-Q5MC1來實現(xiàn)路面金屬的檢測功能較之自制渦流感應(yīng)線圈檢測路面金屬更為合理，不但價格便宜容易購買，而且其電路結(jié)構(gòu)簡單、集成度高，可以更方便的安裝在小車上。所以我選擇采用第二種方案來實現(xiàn)本救援車的路面金屬檢測功能。2.5 小車金屬撿取裝置的選擇方案一 采用電磁鐵來撿取路面金屬在多功能智能救援小車的車盤底部加裝內(nèi)部插有鐵芯通電螺線管，通電螺線管撿取金屬的原理為：當(dāng)螺線管通電后產(chǎn)生磁場，此時插入其中的鐵芯被通電螺線管所產(chǎn)生的的磁場磁

26、化。磁化后的鐵芯為一個磁體，這樣便形成了兩個疊加的磁場，由于兩個磁場互相疊加使螺線管的磁性大大增強。從而起到撿取路面金屬物的功能，當(dāng)救援車到達指定的位置后，通電螺線管斷電磁性消失，粘在螺線管上的金屬物掉落，從而起到了撿取金屬物到指定位置的功能。雖然可以滿足預(yù)定的方案，在通電時候可將鐵片吸起斷電鐵片落下。但缺點是通電螺線管會消耗大量的電量，從而導(dǎo)致后續(xù)的救援工作因為電量原因而無法展開，并且繞組過程中具體所需要的磁性無法預(yù)測，很難達到所需的磁性。方案二 采用自制的磁鐵吸取分離裝置實現(xiàn)撿取路面金屬將一個直流減速電機用聯(lián)軸器與一個螺柱鏈接，并在落幕上均勻的安裝磁鐵，并將此裝置用隔離層來隔離。通過直流減

27、速電機的上下轉(zhuǎn)動將帶動著磁鐵上下運動，這樣就可以實現(xiàn)用磁鐵的磁力來撿取和放下金屬的功能。此外，為了能將撿取的金屬轉(zhuǎn)移到合適的位置，設(shè)計把撿取裝置安裝在一個搖臂上，搖臂末端鏈接有直流減速電機，通過此電機可以實現(xiàn)搖臂的指定位置的轉(zhuǎn)動，從而達到轉(zhuǎn)移金屬物到指定位置的功能。撿取金屬機構(gòu)如圖2-2所示：圖2-2 撿取路面金屬裝置綜上以上兩種方案來看，方案一雖然實現(xiàn)起來較為簡便，但是能耗太大對于一般的電池?zé)o法滿足其長時間供電，也就是在救援過程中可能無法完成撿取金屬的功能，從而達不到救援的目的。如果要是加裝額外的電池為螺線管供電，則將會給救援車帶來額外的負載。對于方案二，即使搖臂機構(gòu)可能會在轉(zhuǎn)移金屬過程中對

28、現(xiàn)救援車的平衡要求較大，但總的來說其可行性遠遠大于方案一。所以筆者選擇方案二來實現(xiàn)路面金屬撿取的功能。2.6 小車避障模塊的選擇方案一 采用超聲波模塊實現(xiàn)避障功能對于該智能救援車的避障功能的實現(xiàn)，可以采用超聲波傳感器來實現(xiàn)。若采用超聲波來完成避障則其原理為：傳感器中的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)發(fā)射出了超聲波以后，當(dāng)前方有障礙物的時候聲波會被反射回來，反射回來的聲波再被傳感器接收到。傳輸回來的信號經(jīng)過被放大以后送入單片機處理參數(shù)。被廣泛應(yīng)用在測速和避障等領(lǐng)域設(shè)計中的超聲波傳感器，技術(shù)已經(jīng)很成熟。但是超聲波傳感器若要實現(xiàn)其功能需方波信號來實現(xiàn)，并且超聲波傳感器對工作的頻率要求較高，偏差要求在正負1以內(nèi)，而且若用

29、單片機來做方波發(fā)生器對于編程工作過于麻煩。并且收到的信息還需要通過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息才可以被單片機所識別，并且超聲波傳感器受環(huán)境影響較大，對于程序編寫工作量較大。方案二 避障功能采用漫反射光電開關(guān)實現(xiàn)對于漫反射光電開關(guān)的具體工作原理如下所述：發(fā)射管發(fā)出紅外線光束以后，發(fā)射出的光束是被物體完全遮住還是部分反射回來，接收頭是否接受到了發(fā)射出的紅外線光束，最終芯片據(jù)此做出判斷反應(yīng)。主要就是利用物體對紅外光束的反射或遮光作用，而后由同步回路的選通而檢測前方物體的有或無。對于漫反射光電開關(guān)檢測物體的材料沒有任何限制，所有能反射光線不吸收光線的物體均能檢測，使用很是方便。且在檢測到前方有光線返回時候，輸出

30、低電平；檢測到前方?jīng)]有光線返回來時，輸出為高電平。對于數(shù)字量的高低電屏單片機可以直接讀取并處理此信息，并由此判斷前方是否有障礙物，從而起到智能救援小車避障的功能。 綜上以上兩種方案，方案一對于偏差要求太高，且外圍電路繁瑣不易于安裝和調(diào)試，對于程序的編寫工作也尤為繁瑣。而方案二采用的漫反射式光電開關(guān)，以實現(xiàn)了模塊化無需其他外圍電路且體積較為小巧，方便安裝在救援車上對救援車不形成過大的負載，且對外部物體檢測后返回的是數(shù)字量的高低電平，易于程序的編寫。所以最終選擇漫反射式光電開關(guān)作為實現(xiàn)避障功能的傳感器。2.7 小車顯示模塊的選擇方案一 采用數(shù)碼管顯示對本智能小車行駛時間的顯示由LED數(shù)碼管來實現(xiàn)，

31、外圍硬件電路結(jié)構(gòu)簡單的數(shù)碼管，僅需要兩片鎖存器分別對位選和段選進行控制便可以實現(xiàn)實時的顯示。并且調(diào)試相對方便、軟件實現(xiàn)相對容易。但由于本設(shè)計要求顯示小車運行時間，由于LED數(shù)碼管色彩單一無法顯示豐富的內(nèi)容，雖然數(shù)碼管可以節(jié)約單片機的I/O口，但是其只能顯示有限的數(shù)字，而且內(nèi)容顯示過于單一，不能滿足本設(shè)計人性化的要求。方案二 采用液晶顯示利用液晶屏對本智能小車行駛的時間進行顯示，液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性實現(xiàn)的，通過電壓有序的變化進而對其顯示區(qū)域進行控制，有電時就有顯示，這樣即可以顯示圖形也可以顯示出數(shù)字和字母等圖像元素。本系統(tǒng)擬采用1602液晶，1602液晶具有顯示質(zhì)量高、功耗低、數(shù)字

32、式接口、體積小等一些列優(yōu)點，對于程序的編寫也較為方便。綜上方案，方案二的顯示方式較之可行性更好，所以采用方案二中的1602液晶進行對行車中的數(shù)據(jù)進行顯示。2.8 方案的最終的選定 通過以上方案對本設(shè)計主要模塊的論證與比較，根據(jù)本多功能智能救援車車要滿足的設(shè)計任務(wù)主要完成救援車能完成避障、循跡、檢測等一系列的工作，同時對行程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進行實時處理顯示的要求。最終硬件選定為：STC89C52作為本系統(tǒng)主控單片機、設(shè)計車體根據(jù)需要自行制作、系統(tǒng)循跡功能由RPR220型光電對管完成、采用TL-Q5MC1型號的接近開關(guān)來檢測鐵片、采用自制的磁鐵吸取分離機構(gòu)實現(xiàn)撿取路面金屬功能、采用漫反射式光電開關(guān)進行

33、避障、采用1602液晶對行車時間顯示。3 硬件系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn)3.1智能救援車最小控制模塊的設(shè)計根據(jù)上述方案的選擇，最終決定采用STC89C52芯片作為本智能救援車的主控芯片。89C52單片機是把控制指令等所必需的大部分內(nèi)容都集成在一個有限的尺寸集成電路芯片上的邏輯控制器。按照其功能劃分它主要由如下的幾個部件組成：微處理器、程序存儲器、并行I/O口、數(shù)據(jù)存儲器、定時器/計數(shù)器、串口、中斷系統(tǒng)以及特殊功能寄存器等。通過片內(nèi)的單一總線連接實現(xiàn)它們之間所有的聯(lián)系，其基本結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)的CPU加上外圍芯片的模式。因此要實現(xiàn)它對各路傳感信號進行采集、處理、分析及對個部分整體調(diào)制仍然需要外圍電路14的協(xié)助

34、來實現(xiàn)，智能救援車最小控制系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示：圖3-1 單片機最小系統(tǒng)原理圖3.1.1 最小系統(tǒng)中時鐘電路的設(shè)計雖然STC89C52單片機已經(jīng)有內(nèi)置的振蕩電路，但是還必須要添加外部的附加振蕩起振電路才可以形成時鐘。對于本設(shè)計采用的89C52單片機時鐘產(chǎn)生的方法具體有兩種：內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種方式。本系統(tǒng)采用了經(jīng)典的內(nèi)部時鐘方式，內(nèi)部時鐘方式是利用芯片內(nèi)部振蕩電路來實現(xiàn)的，在單片機的18、19管腳上外接了定時的元器件，使內(nèi)部振蕩電路相應(yīng)產(chǎn)生自激振蕩。因此我采用了使用較為常見的內(nèi)部時鐘方式，即采用外接12MHZ晶振和電容所組成的并聯(lián)諧振回路。本設(shè)計晶振選用11.05926赫茲。根據(jù)電容的取

35、值可能會對振蕩頻率輸出的大小、穩(wěn)定性和振蕩電路起振速度等影響因素，選用了30pF的電容。除此以外，在搭載外圍電路的同時晶振和電容的安裝還應(yīng)該盡可能靠近單片機的18、19管腳，此方法可以減小寄生電容對系統(tǒng)的影響，更好的保證振蕩器可靠和穩(wěn)定地工作。3.1.2 最小系統(tǒng)中復(fù)位電路的設(shè)計 89C52單片機的復(fù)位電路是由外部的復(fù)位電路實現(xiàn)的。噪聲的抑制由復(fù)位管腳通過斯密特觸發(fā)器來實現(xiàn)，在每一個機器周期的時候,斯密特觸發(fā)器輸出的電平由復(fù)位電路采集一次，然后才可以得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的低電平信號。對于對常見的復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位與按鈕被動復(fù)位兩種工作方式。對于最簡單的上電自動復(fù)位電路原理為：上電自

36、動復(fù)位通過外部復(fù)位電路的電容的充放電來實現(xiàn)的。只要電源的上升時間不超過1ms，就會實現(xiàn)上電時候的復(fù)位的功能。除了上電自動復(fù)位外，有時還需要手動按鍵復(fù)位。按鍵自動復(fù)位對于在智能車在程序執(zhí)行過程中因為意外發(fā)生時候，需要重新執(zhí)行內(nèi)部程序尤為重要?；诖朔N原因考慮，本設(shè)計采用了按鍵手動復(fù)位。而按鍵手動復(fù)位有電平方式、脈沖方式兩種，其中電平復(fù)位方式是通過由電容、電阻組成的外部電路，然后與電源和單片機的9管腳接通而實現(xiàn)的。3.2智能救援車電源模塊的設(shè)計電源作為為系統(tǒng)提供基準(zhǔn)電壓與電流，是整個控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定性關(guān)鍵所在。本設(shè)計系統(tǒng)采用了12伏特的可充電鋰電池供電，可反復(fù)充電使用。此外鋰電池具有較強的穩(wěn)定電壓

37、輸出能力以及電流驅(qū)動性能，對于驅(qū)動電機模塊所需要的大電流也能夠滿足。但是電池提供的12伏特電壓對于單片機等大多數(shù)芯片都遠遠過大，如果直接接入此電池，芯片很難適應(yīng)如此大的電壓就會導(dǎo)致芯片燒毀，從而致使多功能救援車完全失去設(shè)計的最初目的，因此本設(shè)計采用了降壓模塊來進行降壓的設(shè)計。3.2.1 單片機供電穩(wěn)壓模塊的設(shè)計考慮到單片機供電需要的是5伏特的電壓，并且對于電流的要求為1安左右，所以本設(shè)計選擇采用LM78052作為為單片機供電的降壓模塊。采用7805來實現(xiàn)降壓所需要外圍元器件極少，并且芯片的內(nèi)部還有搭載了過流、過熱以及調(diào)整管的保護電路，使用起來較為方便、安全系數(shù)較高。而且芯片在實際的應(yīng)用過程中，

38、還可以安裝足夠大的散熱片在三端集成穩(wěn)壓電路模塊上，保證不會導(dǎo)致穩(wěn)壓芯片的溫度過高，從而排除因為溫度過高導(dǎo)致穩(wěn)壓性能的降低，而影響到系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性能。對于本系統(tǒng)單片機供電穩(wěn)壓模塊的電路設(shè)計如圖3-2所示：圖3-2 單片機供電穩(wěn)壓模塊的設(shè)計3.2.2 驅(qū)動電路與其他模塊供電穩(wěn)壓的設(shè)計 本系統(tǒng)中除了單片機需要5V的供電外，其他的芯片如顯示模塊的1602液晶、撿取機構(gòu)中的電動機、驅(qū)動模塊的L298N芯片、驅(qū)動多功能智能救援小車的電動機、循跡模塊的RPR220型光電對管、避障要用到的漫反射紅外光電對管的工作均需要用到5V電源，并且如此之多的芯片并聯(lián)在一起使用，對電流的要求也是較大的。針對這種情況，僅用

39、單一的7805模塊來穩(wěn)壓供電，極有可能會因為穩(wěn)壓電流過大致使芯片過熱，從而將芯片燒毀，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的不能正常工作。根據(jù)第二章中關(guān)于硬件的選擇，本設(shè)計采用LM2596模塊來進行降壓穩(wěn)壓的設(shè)計。屬于降壓型電源單片集成管理電路的LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，具有很好的負載調(diào)節(jié)和線性的特性并且能夠輸出3A左右的大驅(qū)動電流。LM259611固定輸出版本有12V、3.3V、5V三個檔，可調(diào)節(jié)的版本可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)輸出小于37V的電壓。結(jié)合本設(shè)計的一般特性，筆者選用了可調(diào)節(jié)模式的版本?？烧{(diào)節(jié)版本芯片的內(nèi)部還集成了開關(guān)頻率約為150KHz的固定頻率發(fā)生器和頻率補償功能，與低頻開關(guān)的調(diào)節(jié)器相比較本芯片可以使用

40、更小規(guī)格的濾波元器件。除此以外，該芯片的外圍電路中僅需要4個外接元器件，并且均可連接通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更加大大的優(yōu)化了LM2596的設(shè)計使用，極大的簡化本設(shè)計中開關(guān)電源電路的設(shè)計。此外，該芯片在特定的輸出負載和輸入電壓的條件下，輸出電壓誤差值能夠保證在±4%的范圍之內(nèi)，振蕩頻率的誤差保證在±15%的范圍之內(nèi)；80左右的待機電流；實現(xiàn)在異常情況下時斷電時候的過溫完全保護電路和兩級降頻限流保護電路，這更大大的加大了對于系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。對于本系統(tǒng)由此模塊供電電路的設(shè)計如圖3-3所示：圖3-3 LM2596電路連接圖為了實現(xiàn)可調(diào)節(jié)模式，以上R1和R2電阻選用可調(diào)節(jié)電阻，在對外圍電

41、壓輸出時候，做到通過調(diào)節(jié)以上兩個電阻實現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)節(jié)。計算輸出電壓的公式為: 其中的取值為1.23V。完成了以上穩(wěn)壓電路的設(shè)計，其他需要用電的僅為L298N模塊的12V電源，而本次設(shè)計選用的就是12V的鋰電池，所以無在需要其他的模塊為其供電，可以直接將電池接入驅(qū)動電機模塊的12V的管腳接口。 此外本設(shè)計外加了輔助電源模塊，在小車頂部加裝了太陽能電池板可以在電池電量不足時，為鋰電池進行充電這樣就可以避免了救援車在搜救時，因為能源不足問題而不能完成救援搜救任務(wù)。3.3 智能救援車電機驅(qū)動模塊的設(shè)計根據(jù)本設(shè)計作業(yè)時工作條件的特性，本設(shè)計小車采用四輪驅(qū)動方式，由此可以大大的滿足無論是在何種地形條件

42、下都可以實現(xiàn)正常行駛的功能。采用四輪驅(qū)動模式的小車在轉(zhuǎn)彎的時候，若采用舵機進行控制有一定的困難性。因此本設(shè)計采用了由L298N控制內(nèi)外側(cè)輪子的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)彎功能。但是每個L298N只能進行兩個電機3的驅(qū)動，所以選用了兩個驅(qū)動模塊來分別對兩側(cè)的車輪進行控制。L298N4的具體引腳如圖3-4所示：圖3-4 L298N管腳圖通過該芯片的封裝我們發(fā)現(xiàn)，一個驅(qū)動芯片有15個引腳，其中有四個輸出引腳分別為：2、3引腳控制一個電動機的轉(zhuǎn)動，13、14引腳控制一個電動機的轉(zhuǎn)動。；四個輸入引腳分別為：5、7、10、12這四個引腳分別與單片機的I/O5口連接，通過單片機輸入高低電瓶來控制兩個電動機的轉(zhuǎn)動，

43、數(shù)字化操作很方便。剩余的幾個管腳中6管腳和11管腳是使能端管腳，若是這兩個管腳一直接入高電平則芯片一直處于選通的工作狀態(tài)，若兩個管腳接入單片機也可以通過脈沖調(diào)制來實現(xiàn)調(diào)速。剩余的四個管腳中有兩個是給芯片供電的管腳，其余兩個是提供電機轉(zhuǎn)動的12V電源的引腳?；谝陨蠈Ω鱾€管腳功能的確定,本多功能智能救援小車驅(qū)動12模塊電路的原理圖如圖3-5所示：圖3-5 L298N原理圖在明確了電機驅(qū)動模塊電路以后，進一步要明確如何通過該模塊對電機的正反轉(zhuǎn)和停止，L298N模式選擇的控制方法如表3-1所示：表3-1 L298N正反轉(zhuǎn)控制法使能端IN1IN2狀態(tài)110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111停止轉(zhuǎn)動100停止轉(zhuǎn)動0停

44、止轉(zhuǎn)動基于以上表格的控制方法，當(dāng)要求小車前進時候只需要通過單片機引腳賦一個高電平一個低電平即可，當(dāng)需要反轉(zhuǎn)的時候只要將正轉(zhuǎn)的高低電平交換即可，若要實現(xiàn)停車則兩個輸入同時賦低電平即可，由此實現(xiàn)了由L298N驅(qū)動救援車的設(shè)計。3.4 智能救援車循跡避障模塊的設(shè)計 3.4.1智能救援車循跡模塊的設(shè)計本設(shè)計循跡功能的實現(xiàn)采用RPR2206型紅外線光電對管來實現(xiàn)，循跡模塊是用以實現(xiàn)小車沿著場地的黑色軌跡線進行前進和位置校正且保證小車不能偏離預(yù)定軌跡線的功能。該模塊的循跡原理是：當(dāng)模塊的發(fā)射頭在實時發(fā)射信號，信號在白色場地上時候能反射到接收頭，此時傳輸?shù)絾纹瑱C為高電平；當(dāng)車體壓到黑線時候利用黑色能吸收所有

45、光的特性，發(fā)射頭的光被吸收而不能被接收頭接受，此時輸入單片機為低電平。此時根據(jù)高低電瓶的差別來判斷小車有無沿軌跡行走。本設(shè)計中采用自制的RPR220型光電對管模塊完成系統(tǒng)循跡任務(wù)可靠度較高，且傳感器信號經(jīng)過放大器放大以后輸出的信號為數(shù)字量，可直接與單片機的I/O引腳相連接無需AD轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，硬件電路實現(xiàn)比較簡單。至于本系統(tǒng)中循跡模塊的檢測距離，可根據(jù)模塊安裝在車體的具體位置，在最終調(diào)試的時候自行調(diào)節(jié)安裝在模塊上的可變電阻器來實現(xiàn)。本系統(tǒng)循跡傳感器的布局設(shè)計中，在車體底盤的前端安裝有四個個傳感器。軌跡線處于左右兩側(cè)傳感器的中間，以此實現(xiàn)了二級防脫軌的設(shè)計，大大的提高了在循跡時候系統(tǒng) 的可靠

46、性。RPR220循跡模塊車底布局如圖3-6所示：圖3-6 循跡模塊車底布局圖在救援車前進中，黑色的軌跡線位于B與C的傳感器之間。當(dāng)傳感器B檢測到黑線的時候小車向左方向輕微掉頭調(diào)整，檢測到傳感器C的時候小車輕微向右掉頭調(diào)整。當(dāng)檢測到黑色軌跡線跑到A與B或者C與D之間的時候，實現(xiàn)相應(yīng)方向的大角度的擺頭。以此實現(xiàn)小車可以循跡的功能。在明確了傳感器布局的設(shè)計后，開始設(shè)計傳感器電路的設(shè)計。由于在采用自行設(shè)計的循跡模塊的時候檢測到的依舊是模擬數(shù)據(jù)，為了使傳入單片機的數(shù)據(jù)為數(shù)字量，所以在電路設(shè)計的時候加入了運算放大器，一來可以將傳回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，二來可以把傳輸回來的數(shù)據(jù)進行放大，方便單片機對數(shù)據(jù)進行辨

47、別。綜上分析，最終循跡模塊的電路原理圖11如圖3-7所示：圖3-7 循跡模塊原理圖一片運算放大器芯片可以鏈接兩個RPR220型光電對管，上圖就是其完善的電路圖。其次為了滿足光束發(fā)射時候的功率要求，發(fā)射回路中要滿足不低于20mA的電流。根據(jù)公式 ，由此選擇紅外線光電對管前端的兩個電阻的阻止為R=150。至此循跡模塊的設(shè)計全部完成，傳感器共安裝4個，并且全部在救援車的底盤前端并呈現(xiàn)直線分布。小車在行駛的過程中，始終保持軌跡在左邊傳感器和右邊傳感器之間，當(dāng)救援小車的運動軌跡發(fā)生偏離以后，B、C傳感器一但檢測到了有黑線，RPR220型紅外傳感器就會給單片機傳輸入一個數(shù)字量的信號，當(dāng)單片機接收到這個信號

48、以后，便會按設(shè)計者預(yù)先自行編寫的程序發(fā)送一個控制指令給小車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再通過對電機驅(qū)動模塊L298N賦值來實現(xiàn)對小車路徑的糾正。若小車回到了預(yù)定的軌道上，即此時4個傳感器均只是檢測到白色的區(qū)域，傳感器發(fā)射的光束全部被接收頭接受，則智能救援小車便會繼續(xù)行走。若小車由于在行進過程中速度過大導(dǎo)致的制動距離增大，從而引起一級防脫傳感器B、C未來得及調(diào)整小車，造成小車偏離軌道，越出了B、C的兩個傳感器的探測范圍，這時候二級防脫傳感器A、D再次對小車的運動軌跡進行糾正，使之回到正確軌道上去。本設(shè)計中傳感器設(shè)置為兩級防護，大大的提高了救援車循跡的可靠性。3.4.2智能救援車避障模塊的設(shè)計結(jié)合設(shè)計的任

49、務(wù)要求，為了滿足本設(shè)計的功能實現(xiàn)，本設(shè)計采用漫反射式光電開關(guān)來實現(xiàn)小車的避障功能。本設(shè)計采用的漫反射光電開關(guān)是發(fā)射頭與接收頭一體的高靈敏度的檢測開關(guān)，其工作原理為：當(dāng)發(fā)射頭發(fā)射出紅外線光束以后，若前方出現(xiàn)障礙物，則發(fā)射出的紅外線光束會被反射回來；當(dāng)前方?jīng)]有障礙物的時候，紅外線光束則不會被反射回來，漫反射光電開關(guān)就根據(jù)有無光束的返回據(jù)此判斷前方是否有障礙物。當(dāng)紅外線光束被障礙物反射回來的時候，其接收頭接受到返回光束以后，經(jīng)過放大回路的放大，漫反射光電開關(guān)輸出低電平給單片機；相反，當(dāng)紅外線光束沒有反射回來時，漫反射光電開關(guān)輸出高電平給單片機。根據(jù)接收到電平高低情況的變化單片機來做出相應(yīng)控制，從而實

50、現(xiàn)小車避開障礙物的功能。由于本避障模塊內(nèi)部有各級電路，所以當(dāng)模塊檢測到障礙物存在的模擬量以后輸出的是TTL電平，方便了單片機接收并對信號的判斷和處理更為簡單。并且漫反射光電開關(guān)現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)很成熟，淘寶等各大電子器材商城都有銷售，考慮到自己腐蝕線路板的時候可能會因為個人的一些技術(shù)問題導(dǎo)致的一些信號影響等因素，最終本設(shè)計取用了成品的漫反射光電開關(guān)，無需再自行進行制作，節(jié)約了成本和時間。本設(shè)計采用漫反射式光電開關(guān)進行避障的電路設(shè)計圖7如圖3-9所示：圖3-8 光電開關(guān)原理圖接下來設(shè)計漫反射光電開關(guān)的位置安放問題，考慮到本設(shè)計小車需要直行的時間較多，所以對前方障礙物的檢測較為重要。結(jié)合本設(shè)計中車體的寬

51、度和光電開關(guān)的體積問題，決定在車體的最前端安裝三個并排安放的漫反射光電開關(guān)，考慮到多功能智能救援車在救援過程中可能有倒車的可能性，所以在車體的后端也安裝了一個光電開關(guān)，防止在倒車時候與后方障礙物發(fā)生碰撞。結(jié)合以上所有考慮到的問題,四個光電對管的安放位置如圖3-10所示：圖3-9 漫反射紅外光電對管安放位置圖3.5 智能救援車檢測金屬和撿取金屬模塊的設(shè)計3.5.1 智能救援小車檢測金屬模塊的設(shè)計金屬傳感器8性能的優(yōu)劣直接決定著該系統(tǒng)的功能是否能實現(xiàn)，起著十分重要的作用。本設(shè)計的金屬探測模塊安裝在車體前端的底盤上，且金屬傳感器采用了TL-Q5MC1系列的接近開關(guān)。其工作原理為：當(dāng)可以產(chǎn)生電磁場的感

52、應(yīng)觸頭附近有金屬物體接近的時候，感應(yīng)觸頭便會使靠近它的金屬物體的內(nèi)部產(chǎn)生了渦流效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生渦流以后，這個渦流又反作用于TL-Q5MC1，使接近開關(guān)內(nèi)部的高頻振蕩器振蕩能力衰減，從而致使內(nèi)部電路的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，由此將此參數(shù)的變化傳輸給單片機來識別有無金屬物體接近。并且其數(shù)據(jù)輸出端通過5.1K上拉電阻，輸出的是TTL電平，可直接與單片機的I/O引腳相連接，無需其他的外圍電路的協(xié)助來完成，對硬件電路簡化了許多。其原理圖如圖3-11所示： 圖3-10 TL-Q5MC1原理圖3.5.2 智能救援小車撿取金屬模塊的設(shè)計對于撿取金屬機械手臂的設(shè)計，筆者結(jié)合機械設(shè)計13方面的知識自行設(shè)計了本系統(tǒng)中撿取和轉(zhuǎn)移金

53、屬到指定位置的手臂。具體設(shè)計和工作方式如下所示，首先選取平日用的直徑為5mm的長螺栓，然后可用塑料質(zhì)地做一個高度為10cm，寬度為5cm的框架結(jié)構(gòu)，但是框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)需要攻螺紋。此時在選取一個直徑是5cm被磁鐵磁化過的勻質(zhì)的鐵板并且在鐵板中間攻絲，被磁化的鐵板與之前選用的螺栓配合使用，并且把螺栓與電動機通過聯(lián)軸器的連接，由此實現(xiàn)了當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時候，通過帶動螺柱的轉(zhuǎn)動以此來實現(xiàn)帶動磁鐵遠離和靠近隔離層來實現(xiàn)撿取和分離金屬物的功能，其最終設(shè)計圖如圖3-12所示：圖3-11 撿取金屬機構(gòu)圖至此，整個撿取裝置的的撿取部分已經(jīng)設(shè)計完畢。結(jié)合上半部分的金屬檢測裝置構(gòu)成的整個閉環(huán)工作流程如下所述，當(dāng)安裝在車

54、輛前端底盤的TL-Q5MC1檢測到有金屬鐵片的時候，智能車的給驅(qū)動電機的芯片發(fā)出指令讓小車后退，直至檢測不到金屬物品的存在以后停止后退。此時，單片機給撿取機構(gòu)中的電動機發(fā)送指令帶動其轉(zhuǎn)動，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時候，磁鐵在螺紋的作用下能實現(xiàn)升降的作用，最終在降到低端的時候?qū)崿F(xiàn)了將金屬物品撿取的作用。在上述的撿取任務(wù)完成以后還有將金屬物品轉(zhuǎn)移到指定位置的功能，本設(shè)計中采用了一個簡易搖臂的設(shè)計，簡易搖臂的組成由金屬不銹鋼方管制成，不銹鋼的一端固定在撿取機構(gòu)上，另一端安裝在一個直流減速電機上，當(dāng)撿取機構(gòu)中磁鐵降到低端完成撿取任務(wù)以后，通過編程給磁鐵升降機構(gòu)一個一秒的延時設(shè)置，然后啟動安裝有搖臂的電動機使搖臂帶動撿取機構(gòu)轉(zhuǎn)動90度后，撿取裝置中的磁鐵在上升到指定位置，完成對金屬片的放置功能。至此，本智能車中金屬檢測和撿取模塊的設(shè)計任務(wù)全部完成。3.6智能救援車顯示模塊的設(shè)計根據(jù)本設(shè)計中方案的論證與比較，本設(shè)計采用1602液晶對小車行進中的時間進行顯示?，F(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用很普遍的1602液晶分為帶背光和不帶背光兩種類型，但是兩者的控制器大部分都是HD44780的?；贖D44780控制器的液晶芯片它們的控制原理、控制方法是完全相同的，而且編寫的控制程序也能很方便地應(yīng)用于大部分字符型的液晶。本設(shè)計采用的的1602液晶的主要技術(shù)指標(biāo)如下：1) 顯示字符數(shù):16&