苑广军，孙继元

(北华大学 电气信息工程学院，吉林 吉林 132021)

针对吉林省大学生电子竞赛G题——自动排爆车的要求，所设计的系统主要由履带式车体、电机控制模块、视觉导航模块、LCD液晶显示模块、语音播报模块和红外线检测等模块组成。摄像头对可疑铁磁物质进行检测，并将信息发送给飞思卡尔单片机，单片机对此信息进行分析处理，驱动直流电机运动；采用CCD图形识别技术，引导小车顺利进入现场，检测到任意放置的可疑铁磁材料薄片，并将其搬移到起点；同时将时间、小车运行状态等信息发送给LCD液晶显示模块及PC机显示模块，实时显示自动排爆车的运行状况；语音播报模块实现语音提示。系统方案框图如图1所示。

1 主要模块硬件设计

本系统控制器模块采用MC9SDG128飞思卡尔单片机和STC12C5410AD单片机；语音功能模块采用凌阳单片机自带的语音功能；液晶显示模块采用凌阳单片机和液晶显示模组；红外检测模块采用RPR220红外检测传感器；无线通信网络模块采用STC12C5410AD单片机和PTR8000+装置。

1.1 主控单元

MC9S12DG128单片机是飞思卡尔公司推出的S12系列微控制器中的一款增强型16 bit的单片机。其集成度高，片内资源丰富，接口模块包括 SPI、SCI、I2C、A/D、PWM等。本设计中选用MC9S12DG128的PWM单元产生2路8 bit的PWM波来驱动车体，用其片载 A/D对CCD摄像头所摄取的影像进行数据转换。STC12C5410AD单片机将时间、小车运行状态等信息发送给LCD液晶显示模块，实时显示自动排爆车的运行状况[1-2]。

1.2 铁磁材料检测模块

由于铁磁材料本身的颜色与赛道背景色差别较大，而且其特征与黑线特征区别较大，故采用CCD传感器将材料与赛道背景和黑线区别开，即排爆车通过CCD对黑色线及铁磁物质进行检测来控制电机，使小车运行满足竞赛要求。

该模块采用CCD摄像头对路面信息进行采集，输出标准的视频复合信号，利用同步信号分离芯片LM1881和单片机的A/D转换器可以对视频信号进行采样，得到CCD图像数据，经过二值化处理可以得到黑色线轨迹在图像上的点阵[3]。由相邻两个像素点的差值可以判定黑线及铁磁物质的位置。LM1881的端口接线方式如图2所示。

1.3 铁磁材料拾取模块

铁磁材料的拾取利用电磁铁中线圈的铁磁性来实现。拾取铁磁材料电路如图3所示，当摄像头检测到铁磁材料并进入拾取的有效距离时，允许继电器拾取该铁磁材料。

1.4 无线通信模块

本系统利用多片PTR8000+组成了无线通信网络[4]，完成信息的无线采集和传输。在无线通信网络中，铁磁材料检测单元将采集的信息通过无线方式实时地传给排爆车。它将从铁磁材料检测单元获得的信息、时间以及其他控制信号通过无线方式传递给显示器和语音播报装置。

1.5 直流电机驱动模块

电动机系统的驱动电路采用集成电机驱动芯片MC33886[5]。MCU产生的PWM通过IN脚输入，以调节MC33886的OUT口输出电压，通过PWM的占空比来调节电机转速。

1.6 语音模块

采用凌阳单片机的语音模块对排爆车的运行状态进行语音播报：“开始出发”，“进入危险区”，“发现危险物”，“移除危险物返回”，“返回成功”。由于篇幅有限，语音模块及其他模块(如电源模块、显示模块等)，这里不再赘述。

2 软件设计及流程

在本设计中，摄像头需要根据采集的图像信息来判断测试区域的边界线和需要排除的危险物，主控单元根据摄像头所采集的信息指挥排爆车在测试区域内完成危险物的寻找、提取等动作。主程序流程图如图4所示。

排爆小车利用CCD摄像头巡黑色引导线进入现场，采用凌阳单片机进行语音播报，同时显示小车当前运行状态。当小车进入现场后，CCD摄像头寻找任意放置的铁磁材料并利用小车前排的继电器的铁磁性将其吸合，吸合后再寻找可行路径将其搬移到起点。每种运行状态都有语音播报，并利用PTR8000+无线数据传送功能，将小车运行状态及计时数据传送到LCD进行显示，这样便实现了小车的整个行驶过程，以达到排爆目的。

本控制系统采用履带式车体为主要运动单元，以飞思卡尔单片机和STC12C5410AD为主要控制核心，圆满地完成了设计要求。在人机交互方面采用了LCD液晶显示、语音播报和上位机显示策略，进一步增加了人机交流，提出了无线通信网络模块。实践证明了此模块的正确性和可行性。

[1]唐永龙.基于单片机的AGV智能车的设计[J].电子技术应用，2009，35（8）：143-147.

[2]卓晴.学做智能车-挑战飞思卡尔杯[M].北京：北京航天航空大学出版社，2007.

[3]杨桂林.基于 AT89S52的智能小车的设计[J].微计算机信息，2010，7-2（26）：124-125.

[4]李磊.基于PTR8000的无线数传系统的设计与实现[J].信息技术，2010（9）：28-30.

[5]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程(修订版)[M].北京：电子工业出版社，2010.