多功能避障小车论文.docVIP

多功能避障探测小车 学校：辽宁工程技术大学职业技术学院 参赛队员：蔡安刚1，代志从2，胡朝巧3 指导教师：邵淑华，訾贵昌 前 言 我国是个地质灾害、火灾和有毒气体泄露事故多发国家。通常在火灾或者有毒气体泄漏时，因消防人员不能及时了解事故现场内部的情况，事故得不到及时处理，使被困人员得不到救护而在烟雾中窒息或者中毒而死。显然，灾害事故现场信息采集、了解被困人员情况显得尤为重要，同时，这样一款设备的诞生也是当今社会发展的迫切需要。为此，我们团队就研发设计了这样一款在灾害现场能实现视频拍摄、有毒气体浓度采集、自动避障、自动避悬崖、超声波测距、等多功能的小车。同时还可以实现遥控器操控，根据视频信息指令小车开到指定位置，更方便灵活地观察灾害现场情况。 1 硬件系统设计 本系统是以AT89S52CPU为微处理器芯片，能收集和处理小车由超声波测距模块、红外蔽障模块、手持遥控设备传送的信息，通过电机驱动芯片L298N驱动直流电机实现小车运行，运动状态及距离前方障碍的距离通过5510液晶屏显示，采用无线摄像头，实现无线拍摄、时时显示，将信号传递到无线接收器及采集卡。再将信号传递到计算机，显示图像。使小车具有自动避障避悬崖、到危险场所进行信息拍摄、危险建筑工程测量以及到未知环境下进行测量等功能。在硬件结构上主要包括CPU模块、电源模块、超声波测距模块、红外蔽障模块、无线遥控模块、直流电机和步进电机驱动模块、显示器模块以及无线摄像头模块等。系统的完整功能结构框图如图1-1所示。 图1-1 系统总体结构框图 1.1 CPU模块 CPU模块我们使用的是达盛科技公司提供的EXP—kill C51开发平台。通过红外蔽障模块获取小车周围障碍物信息，通过超声波蔽障模块获得距离前方障碍距离数据，通过无线遥控模块控制获取控制信号；可以利用PWM模块产生PWM调制信号，控制显示器模块显示器出小车当前的运动状态和超声波测距模块测得的距离，控制直流电机和步进电机，实现小车运动的控制和摄像头转向。 1.2 电源模块 电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为所用功能模块提供电源，电源的稳定与否直接影响着系统能否正常工作，因此电源的设计至关重要。该设计的电源模块原理图如图1-2所示。 图1-2 电源模块原理图 1.3 超声波测距模块 超声波探头又称超声波换能器，用来测量距离障碍物的距离，根据距离控制小车的运动，来避开障碍物，实现自动蔽障。它是采用进口镀膜晶片，适用于空气介质中测距、物位检测的电声转换器件。 超声波测距就是利用超声波来测量小车距离障碍物的距离。超声波发射头发出超声波，当发出的超声波被前方的障碍物返射回来，返射回来的超声波被接收探头接收到。在发出超声波的同时单片机开始计时，当超声波信号返回时，计时停止；利用计时的时间和公式“测量距离= (时间*声速( 340M/S ) ) / 2”就可以知道小车距离障碍物的距离了。单片机把测得的距离信息处理后实现对小车控制的前进或停止，同时也传递给5110液晶显示器显示出来。 图1-3 超声波测距模块电路原理图 功能实现原理如图1-3所示：通过从IN脚输入40KH的方波信号，即从单片机的IO口连续发出高低电平，产生方波，方波的个数一般为10个左右，发出后启动定时器，开始计时，此时，超声波发射头开始发出超声波，当发出的超声波被前方的障碍物返射回来，返射回来的超声波被接收探头接收到，此时，模块的OUT引脚会产生一个从高电平到低电平的跳变，此时，要停止计时，通过计时的时间，根据以下公式计算测量距离 测量距离= (时间*声速( 340M/S ) ) / 2??? 1.4 红外避障模块（避悬崖） ST178H红外光电传感器是采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。通过AT89C2051单片机控制红外LED发射38KHz的红外线，当红外接收头接收到发射出的红外线时，向单片机输出一信号，单片机接收到此信号后向模块输出引脚输出一低电平信号，同时也控制一个发光LED发光。 功能实现原理如图1-4所示：在小车的左、右、后三个方向用红外线蔽障，前后用红外线避悬崖。传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。然后把信号传递给单片机（CPU），然后单片机控制电机，小车自动避开障碍物或悬崖。 图1-4 红外避障模块电路原理 1.5 无线遥控模块 在设计中采用315MHz超再生 图1-5 接收模块电路原理图 接收模块的七根引脚分别为D3、D2、D1、D0、GND、VT、VCC，