湖南长沙麓山国际实验学校 余 乾
【摘 要】本文主要阐述了一种多功能智能救援小车的自 动循迹模块选择与设计，从而实现了能够自动检测铁片、循迹、 避障多功能智能救援小车。
【关键词】智能救援；小车；自动循迹；模块
1、前言
伴随着科学技术的飞速发展，国内外对于多功能智能系统 的研究开发以及应用越来越加广泛，其中多功能智能救援系统 的研究开发尤为引起专家们的高度重视。目前，国内外多功能 智能救援系统的主要用途是用于在救援人员无法施展救援工作 或救援人员参入工作危险性较大的条件下，保证抢险工作的顺 便进行，保障人民生命财产安全的设备。根据以上情况，结合 本设计要实现的多功能智能救援小车实现自动避障、自动寻迹、 对行驶时间实时显示、自动检测路面铁块并且转移到安全地域 和太阳能智能充电的功能，本设计结合了国内外大量的有关多 功能智能救援小车科研项目的资料。本设计的救援小车在工作 时由四个直流减速电机驱动来提供动力，用漫反射光电开关、 RPR220 型红外线光电对管实现在行驶中遇到障碍物的躲避和 循迹功能，当遇到金属物品时由金属感应器 TL-Q5MC1 来检测 铁片并传输到单片机，最终由单片机来控制机械手的运动来捡 起铁片并转移到安全区域，此外搭载的 1602 液晶在小车行驶过 程中实时对行驶时间进行显示。从而实现了能够自动避障、循 迹、检测、转移金属铁片、自行充电和实时显示小车行驶时间 的的多功能智能救援小车，大大提高了小车的救援效率。
2、小车自动循迹模块的选择
方案一 采用 CCD 摄像头实现小车循迹功能 目前国内利用 CCD 单色摄像头，对于白色场地上的黑线的识别功能的技术已做的比较成熟，检测的图像清晰准确。但是 用 CCD 图像传感器收集数据以后需要单片机处理的信号量过 大，对于本设计要采用的 52 单片机是一种负担，并且单色摄像 头价格昂贵，硬件电路的设计也是较为困难。除此外软件编程 复杂，其体积较大对于空间有限的小车上使用存在诸多的不便 因素，对于此小车的设计成本也较高。
方案二 采用光电探测器来实现循迹 利用光敏电阻在系统循迹时的原理为：当光敏电阻探测到黑线时，由于黑线附近光束被黑线吸收，从而导致黑线附近的 光敏电阻的电阻值发生变化，这个变化的信息经过电压比较器 与其他光敏电阻阻值比较后送给单片机处理，从而来判断单片 机是否在沿着轨迹行走，从而实现了控制救援车自行控制循迹 的功能。但其缺点是光敏电阻在循迹的时候对环境的要求较高， 如果在较为恶劣和光照条件较强烈的环境时候，可能会导致救 援小车不能完成相应的循迹功能。
方案三 采用 RPR220 光电对管来实现系统循迹功能 一体化的反射型光电高效传感器RPR220光电对管，它的接收管是一个灵敏度相对较高的硅平面光电三极管，发射管是一个 砷化镓红外发光二极管。RPR220工作原理是，发射头在实时发 射信号，信号在白色场地上时候能反射到接收头，此时传输到单 片机为高电平；当车体压到黑线时候利用黑色能吸收所有光的特 性，发射头的光被吸收而不能被接收头接受，此时输入单片机为 低电平。利用这个高低电平的变化从而来实现控制小车循迹的作用。采用了DIP4 封装的RPR220型光电对管它的结构相对简单， 并且采用高透塑料作为它的透镜可以大大的提高灵敏度，此外可 见光过滤器内置在两个透镜内还能大大减小离散光的影响，工作 性能极为稳定。
综上三种方案分析，采用 RPR220 观点开关来实现系统的 循迹功能较之摄像头和光电探测器更为合理。不仅价格便宜容 易购买，而且其电路结构简单、集成度高，在后续调试小车时 候可以大大减小了工作量，实际使用效果更为突出。所以我选 择采用第三种方案来实现本救援车的循迹功能。
3、智能救援车循迹模块的设计
本设计循迹功能的实现采用 RPR220[6]型红外线光电对管来实 现，循迹模块是用以实现小车沿着场地的黑色轨迹线进行前进和 位置校正且保证小车不能偏离预定轨迹线的功能。该模块的循迹 原理是：当模块的发射头在实时发射信号，信号在白色场地上时 候能反射到接收头，此时传输到单片机为高电平；当车体压到黑 线时候利用黑色能吸收所有光的特性，发射头的光被吸收而不能 被接收头接受，此时输入单片机为低电平。此时根据高低电瓶的 差别来判断小车有无沿轨迹行走。本设计中采用自制的 RPR220 型光电对管模块完成系统循迹任务可靠度较高，且传感器信号经 过放大器放大以后输出的信号为数字量，可直接与单片机的 I/O 引 脚相连接无需 AD 转换器来实现转换，硬件电路实现比较简单。 至于本系统中循迹模块的检测距离，可根据模块安装在车体的具 体位置，在最终调试的时候自行调节安装在模块上的可变电阻器 来实现。
本系统循迹传感器的布局设计中，在车体底盘的前端安装有 四个个传感器。轨迹线处于左右两侧传感器的中间，以此实现了 二级防脱轨的设计，大大的提高了在循迹时候系统 的可靠性。
RPR220 循迹模块车底布局如图 1 所示：
图 1循迹模块车底布局图
4、结束语
本课题研究目的就是本着实用的设计思想，充分考虑到了 生产需求、使用需求、环境需求、经济需求等一系列的因素， 追求实现合理设计的多功能智能救援小车。本次设计涉及到的 领域有电子、机械原理、信息科学、设计等领域，是一个综合 性的应用研究课题。设计以高效实用、最大限度保护伤员为目 的的多功能智能救援车，设计过程中通过了较长时间的市场调 查，根据现有的资料，工艺，设备及发展趋势，从而较为完整 的完成了多功能智能救援车的验证和设计，并将通过试验和修 正保证整个系统的可靠性。使其成为易于维护和进一步进行功 能扩展，尽笔者的思想理念推动产生一种全新的多功能智能救 援车设计理念和设计模式，进而推动多功能救援车的设计进步 及革命。
论文作者:余乾
论文发表刊物:《创新人才教育》2018年第1期
论文发表时间:2018/4/9
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