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基于单片机的智能救援机器人小车设计

发布时间:2015-08-05 13:20:09  来源:大电流电感厂家   查看:


摘要:设计了一种简单的基于单片机的智能救援机器人小车,设计简单,易于实现,通过现场演示,我们的设计取得了不错的结果。
关键词:单片机;智能救援;机器人小车

0 引言
近几年地震灾害频频发生,危害较大的是2008年我国的汶川大地震和今年的日本大地震,期间全世界不知又有多少危害较小的地震,这些地震带给人们的是惨痛的伤亡和巨大的经济损失。我们不能够阻挡地震事件的发生,但我们能做的还有很多,其中对伤员的救援就是一项重要的工作。
当然,灾后环境错综复杂,这对救援工具的要求是一种挑战,同时对灾后生命的探测也是一个很重要的问题。基于这两点,我们设计了一种简易的智能救援机器人小车,通过现场演示,取得了不错的效果。

1 智能小车总体框架
总体框架可以分为三大部分:环境图像采集部分、电机驱动部分和中央数据处模压电感理部分,系统框图如图1所示。

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2 控制模块
智能救援小车最重要的部件,也就是它的大脑--中央处理系统。它不仅负责将环境图像采集部分送来的图像数据进行处理,还要将这些信息转化成为电机的驱动控制信号,使整车按照预定的规则前行,同时还要对其他一些辅助设备进行控制。这些一般单片机都可以实现,而对于行大功率电感驶在错综复杂环境当中的救援小车来说,有一点很重要,那就是对外界的抗干扰能力要强,于是我们选择Microchip公司的8位微控制器PIC。该控制器除了刚才说的抗干扰能力强之外,还具有速度快、移植性好等优点。

3 电源模块
救援小车整体采用可充电蓄电池供电。由于微控制器、摄像头以及电机的工作电压是不同的,我们准备了两套解决方案:一是使用模拟电路进行稳压;二是使用专门的集成稳压芯片。通过实际操作以及比较,最终选择了第二种方案。其主要优点是:a.外围电路简单,只需简单的滤波即可;b.可提供稳定的输出电压;c.制作简单、成本低。供电系统框图如图2所示。

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由于摄像头需要一个9~12V的电压才能正常工作,而充电电池的电压只有6~7.2V。所以DC-DC升压电路便成为必需。DC-DC电压变换采用MC34063A集成电路,该器件内部集成了温度补偿器、比较器、动态电流带电感器限占空比可控的振荡器和一个高电流输出驱动器。

4 电机驱动模块
驱动机器人行走的两个电机需要不同的转速来实现转弯。选用的驱动芯片为L293D,它包含4个输出通道,最大输出峰值电流为12A,能同时驱动两个直流电机工作;其信号输入端和使能端接收到来自单片机的信号,控制电机的通断以及正、反转,还可以通过向使能端输入不差模电感
同占空比的方波信号来调整电机转速(PWM方式)。如图3所示,IN端口接控制信号,OUT端口接电机的两端,EN端口接使能信号。一组IN端口输入为高/低或低/高电平时,能实现电机的正/反转。一组IN端口输入均为高或低电平时,电机将停转。EN使能端为高电平时,相应端口输入信号有效;反之,则输入信号无效。在EN端输入PWM波,通过调整PWM波的占空比,即可实现电机的无级调速。

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5 越障部分
越障无疑是这款智能救援机器人的突出特色。传统的救援机器人把重点都放在了如何救援,而忽略了路途的险恶,致使救援机器人有去无回。我们充分认识到这一点,在越障部分做了相当大的改进。三个车轮通过齿轮啮合组成一个大的车轮,当超声波模块检测障碍物时,整个大的车轮翻转,使其顺利越过障碍物,到达目的地,如图4所示。

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6 现场采集部分
救援现场环境复杂,存在许多潜在危险,救援人员恐难进入,但救援人员又必须准确掌握现场的环境,为救援工作创造有利的条件。通过高清摄像头很好地解决了上述问题。为了实现多方位拍摄现场画面,使用舵机来控制它的旋转角度,减速电机控制它的升降。然后,画面通电感生产过无线视频传输模块发送到上位机界面上,以供救援人员参考。

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