針對(duì)吉林省大學(xué)生電子競(jìng)賽G題——自動(dòng)排爆車(chē)的要求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由履帶式車(chē)體,、電機(jī)控制模塊,、視覺(jué)導(dǎo)航模塊、LCD液晶顯示模塊,、語(yǔ)音播報(bào)模塊和紅外線(xiàn)檢測(cè)等模塊組成,。攝像頭對(duì)可疑鐵磁物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，并將信息發(fā)送給飛思卡爾單片機(jī),，單片機(jī)對(duì)此信息進(jìn)行分析處理,，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)；采用CCD圖形識(shí)別技術(shù),，引導(dǎo)小車(chē)順利進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),，檢測(cè)到任意放置的可疑鐵磁材料薄片，并將其搬移到起點(diǎn),；同時(shí)將時(shí)間,、小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)等信息發(fā)送給LCD液晶顯示模塊及PC機(jī)顯示模塊，實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)排爆車(chē)的運(yùn)行狀況,；語(yǔ)音播報(bào)模塊實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示,。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。

1 主要模塊硬件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)控制器模塊采用MC9SDG128飛思卡爾單片機(jī)和STC12C5410AD單片機(jī),；語(yǔ)音功能模塊采用凌陽(yáng)單片機(jī)自帶的語(yǔ)音功能,；液晶顯示模塊采用凌陽(yáng)單片機(jī)和液晶顯示模組；紅外檢測(cè)模塊采用RPR220紅外檢測(cè)傳感器,；無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)模塊采用STC12C5410AD單片機(jī)和PTR8000+裝置,。
1.1 主控單元
    MC9S12DG128單片機(jī)是飛思卡爾公司推出的S12系列微控制器中的一款增強(qiáng)型16 bit的單片機(jī),。其集成度高，片內(nèi)資源豐富,，接口模塊包括SPI,、SCI、I2C,、A/D,、PWM等。本設(shè)計(jì)中選用MC9S12DG128的PWM單元產(chǎn)生2路8 bit的PWM波來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)體,，用其片載A/D對(duì)CCD攝像頭所攝取的影像進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,。STC12C5410AD單片機(jī)將時(shí)間、小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)等信息發(fā)送給LCD液晶顯示模塊,，實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)排爆車(chē)的運(yùn)行狀況[1-2],。
1.2 鐵磁材料檢測(cè)模塊
    由于鐵磁材料本身的顏色與賽道背景色差別較大，而且其特征與黑線(xiàn)特征區(qū)別較大,，故采用CCD傳感器將材料與賽道背景和黑線(xiàn)區(qū)別開(kāi),，即排爆車(chē)通過(guò)CCD對(duì)黑色線(xiàn)及鐵磁物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)來(lái)控制電機(jī)，使小車(chē)運(yùn)行滿(mǎn)足競(jìng)賽要求,。
    該模塊采用CCD攝像頭對(duì)路面信息進(jìn)行采集,，輸出標(biāo)準(zhǔn)的視頻復(fù)合信號(hào)，利用同步信號(hào)分離芯片LM1881和單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器可以對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行采樣,，得到CCD圖像數(shù)據(jù),，經(jīng)過(guò)二值化處理可以得到黑色線(xiàn)軌跡在圖像上的點(diǎn)陣[3]。由相鄰兩個(gè)像素點(diǎn)的差值可以判定黑線(xiàn)及鐵磁物質(zhì)的位置,。LM1881的端口接線(xiàn)方式如圖2所示,。

1.4 無(wú)線(xiàn)通信模塊
    本系統(tǒng)利用多片PTR8000+組成了無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)[4]，完成信息的無(wú)線(xiàn)采集和傳輸,。在無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中,，鐵磁材料檢測(cè)單元將采集的信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式實(shí)時(shí)地傳給排爆車(chē)。它將從鐵磁材料檢測(cè)單元獲得的信息,、時(shí)間以及其他控制信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳遞給顯示器和語(yǔ)音播報(bào)裝置。
1.5 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

    電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路采用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886[5],。MCU產(chǎn)生的PWM通過(guò)IN腳輸入,，以調(diào)節(jié)MC33886的OUT口輸出電壓，通過(guò)PWM的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,。
1.6 語(yǔ)音模塊
    采用凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音模塊對(duì)排爆車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)：“開(kāi)始出發(fā)”,，“進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)”，“發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)物”,，“移除危險(xiǎn)物返回”,，“返回成功”,。由于篇幅有限，語(yǔ)音模塊及其他模塊(如電源模塊,、顯示模塊等),，這里不再贅述。
2 軟件設(shè)計(jì)及流程
    在本設(shè)計(jì)中,，攝像頭需要根據(jù)采集的圖像信息來(lái)判斷測(cè)試區(qū)域的邊界線(xiàn)和需要排除的危險(xiǎn)物,，主控單元根據(jù)攝像頭所采集的信息指揮排爆車(chē)在測(cè)試區(qū)域內(nèi)完成危險(xiǎn)物的尋找、提取等動(dòng)作,。主程序流程圖如圖4所示,。

    排爆小車(chē)?yán)肅CD攝像頭巡黑色引導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，采用凌陽(yáng)單片機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào),，同時(shí)顯示小車(chē)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài),。當(dāng)小車(chē)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，CCD攝像頭尋找任意放置的鐵磁材料并利用小車(chē)前排的繼電器的鐵磁性將其吸合,，吸合后再尋找可行路徑將其搬移到起點(diǎn),。每種運(yùn)行狀態(tài)都有語(yǔ)音播報(bào)，并利用PTR8000+無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送功能,，將小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)及計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到LCD進(jìn)行顯示,，這樣便實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的整個(gè)行駛過(guò)程，以達(dá)到排爆目的,。
    本控制系統(tǒng)采用履帶式車(chē)體為主要運(yùn)動(dòng)單元,，以飛思卡爾單片機(jī)和STC12C5410AD為主要控制核心，圓滿(mǎn)地完成了設(shè)計(jì)要求,。在人機(jī)交互方面采用了LCD液晶顯示,、語(yǔ)音播報(bào)和上位機(jī)顯示策略，進(jìn)一步增加了人機(jī)交流,，提出了無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)模塊,。實(shí)踐證明了此模塊的正確性和可行性。
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