環(huán)保機(jī)電產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)-水路兩棲觀光車

濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE27-1前言車輛歷來是部隊(duì)陸地機(jī)動(dòng)的重要裝備，但自古以來，江河湖泊等水障是車輛行駛的天然屏障，車輛只能望“水”興嘆。隨著技術(shù)的發(fā)展，集陸地機(jī)動(dòng)和水上機(jī)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)于一身的水陸兩棲汽車出現(xiàn)了，拓展了車輛的機(jī)動(dòng)范圍，提高了部隊(duì)的機(jī)動(dòng)能力，在現(xiàn)代武器裝備中占有重要的地位。水陸兩棲汽車兼具車與船的特性，既可在陸上行駛，又可泛水浮渡，在軍事、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。其可用于海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、登陸與反登陸部隊(duì)伴隨作戰(zhàn)保障，用于島嶼部隊(duì)的物資人員輸送和邊防部隊(duì)的執(zhí)勤巡邏，用于武警公安執(zhí)行特種任務(wù)等。同時(shí)，水陸兩棲車輛在國民經(jīng)濟(jì)的許多行業(yè)都有用武之地，如水利水電部門、防汛部門、野外勘測或水上作業(yè)的石油地質(zhì)部門、環(huán)保部門、近海及淡水養(yǎng)殖以及水陸運(yùn)輸部門、水上旅游行業(yè)等[10]。1.1水陸兩棲車的發(fā)展史第一輛水陸兩棲車由美國人OliveEvans于1805年發(fā)明。為了能在水中行駛,他在車上裝了軸和槳輪,用發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪軸的皮帶和皮帶輪來驅(qū)動(dòng)槳輪。當(dāng)這輛兩棲車一到水中,車尾的槳輪開始工作,最早的水陸兩棲車就這樣面世了[14]。1883年,出現(xiàn)了腳踏的水陸兩棲車AmphibiousTricycle,這是發(fā)明人MrTerry的突發(fā)奇想。拆開一輛腳踏三輪車,然后重新組裝并披上帆布,就成了一艘12英尺長的小船。就在那年夏天,MrTerry腳踏這艘小舟橫渡了英吉利海峽[14]。1894年,Beach&Harris公司推出了CycleRaft水陸兩棲車,該車實(shí)際上是一輛裝了兩個(gè)充氣浮囊的腳踏車,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并不實(shí)用[14]。1907年,法國人Ravailler開發(fā)出一種獨(dú)木舟狀的兩棲車,名為“水陸一號”,它在陸上由1臺20hp的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),在水中由一個(gè)推進(jìn)器推動(dòng),采用了實(shí)心輪胎的盤式輪作舵[14]。1926年,美國Wisconsin大學(xué)的學(xué)生決定把福特T型車改造成水陸兩棲車,但該車一到水中就沉下去。幾年以后,也是在美國,有報(bào)道說有人造出了一輛新奇的流線型水陸兩棲車,它由1臺后置的70hp航空發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),陸上時(shí)速為80mph,水中時(shí)速為25mph[14]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀陸兩棲車的出現(xiàn)改變了原來過河只能坐船的觀點(diǎn)，是科學(xué)史上的一次創(chuàng)新。我覺得，水陸兩棲車在未來世界中更多的會(huì)被用于軍事領(lǐng)域中，因?yàn)樵诮Ｗ鲬?zhàn)時(shí)，航母或者驅(qū)逐艦等大型單位很難接近海岸線，一旦接近，那便很快會(huì)成為被攻擊的目標(biāo)。而水陸兩棲車就可以發(fā)揮其小快靈的特點(diǎn)：較小的體型是其不會(huì)被輕易攻擊到；快速移動(dòng)的能力使其可以迅速的接近海岸線，將陸戰(zhàn)隊(duì)運(yùn)送到一線戰(zhàn)場；而其靈活的水路、陸路轉(zhuǎn)換移動(dòng)能力，就可以在運(yùn)送部隊(duì)的同時(shí)，充當(dāng)摧城拔寨的利器！水陸兩棲汽車兼具車與船的特性，既可在陸上行駛，又可泛水浮渡，在軍事、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。其可用于海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、登陸與反登陸部隊(duì)伴隨作戰(zhàn)保障，用于島嶼部隊(duì)的物資人員輸送和邊防部隊(duì)的執(zhí)勤巡邏，用于武警公安執(zhí)行特種任務(wù)等。同時(shí)，水陸兩棲車輛在國民經(jīng)濟(jì)的許多行業(yè)都有用武之地，如水利水電部門、防汛部門、野外勘測或水上作業(yè)的石油地質(zhì)部門、環(huán)保部門、近海及淡水養(yǎng)殖以及水陸運(yùn)輸部門、水上旅游行業(yè)等。1.3選題的目的及意義隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。對于當(dāng)今現(xiàn)狀過多的水面垃圾難以收集，目前收集此類水面垃圾還主要都依靠傳統(tǒng)的人工收集，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率極低，非常需要一種專門的自動(dòng)水面垃圾收集器來高效、綠色的收集水面垃圾。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，可見其研究意義很大。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，具有自動(dòng)尋跡、避障功能，可程控行駛速度。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、醫(yī)療器械等許多方面，尤其是在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于救援、水面垃圾收集、軍事等許多方面。尤其對于國內(nèi)水面垃圾收集方面具有很好的利用空間；所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容隨著人們生活水平的提高，人們對美的要求也越來越高，城市人工湖的建造也越來越多，但快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)帶來的水體污染也越來越嚴(yán)重。全國絕大部分護(hù)城河，人工湖都存在漂浮垃圾污染的問題，大大影響了城市風(fēng)貌和危害了人體健康！如何清除塑料袋、礦泉水瓶等漂浮在人工湖等靜水面上的垃圾已成為人們亟需解決的難題。目前收集此類水面垃圾還主要都依靠傳統(tǒng)的人工收集，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率極低，非常需要一種專門的自動(dòng)水面垃圾收集器來高效、綠色的收集水面垃圾。本題目將城市觀光車設(shè)計(jì)為水陸兩棲功能，并在行駛過程中，實(shí)現(xiàn)對水面垃圾及路面垃圾的收集清潔工作。1.電源要求：滿足觀光要求，單次充電應(yīng)能行駛50公里；2.電機(jī)的選擇要求：考慮到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度有一定的保證，按要求選擇電機(jī)；3.觀光車尺寸：長4米左右，寬度1.5米左右，載人5人（含駕駛員）；4.重量及排水要求：觀光車自重應(yīng)<500KG，排水量1.5噸；5.速度要求：在陸地能平穩(wěn)行駛，限速20公里/小時(shí)；在水中能抗4級風(fēng)浪，限速10公里/小時(shí)；6.設(shè)計(jì)要求：車體要設(shè)計(jì)多級密封，在水中行駛，需提供救生設(shè)備；車頭要設(shè)計(jì)流線式，在水中行駛盡量減少阻力，從而節(jié)省電源；在材料上的選擇，車體要耐腐蝕，減少車重；水面驅(qū)動(dòng)的選擇，需要保持盡時(shí)間的行駛；7.可在行駛過程中順帶完成環(huán)保清潔工作。設(shè)計(jì)一輛智能水陸兩棲車，能夠順利通過已受損橋梁的河流，認(rèn)定所給的路徑并且自動(dòng)躲避障礙物，順利到達(dá)“受災(zāi)都市”。要能控制電動(dòng)兩棲車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，自動(dòng)尋跡功能。實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。圖1.1搶險(xiǎn)路障場地相關(guān)說明1.障礙物外形尺寸20cm×10cm×8cm，障礙物材料可以是金屬或塑料或木質(zhì)的，橋梁尺寸100cm×30cm；2.智能搶險(xiǎn)水陸兩棲車允許用玩具汽車改裝，尺寸：25cm>車寬>15cm，40cm>車長>25cm，高度無限制，水陸兩棲車的動(dòng)力來源于車載伺服電機(jī)及電池，不能用人工有線或無線遙控。

2.設(shè)計(jì)方案2.1單片機(jī)的選擇與論證方案一：采用AT89C51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。在本設(shè)計(jì)中，使用的I/O口資源較多和需要語音的播報(bào)和識別，對于51單片機(jī)來說，實(shí)現(xiàn)這些功能都比較困難。方案二：采用凌陽16位單片機(jī)SPCE061A作為控制核心。SPCE061是一款擁有2KRAM、32KFlash、32個(gè)I/O口，并集成了AD/DA功能強(qiáng)大的16位微處理器，它還擁有豐富的語音處理功能，為小車的功能擴(kuò)展提供了相當(dāng)大的空間。獨(dú)特的語音功能可使本系統(tǒng)具有更好的人機(jī)交互界面。而且它內(nèi)部還有PWM脈寬調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。綜上分析，選擇方案二更有利本設(shè)計(jì)。2.2尋跡傳感器選擇與論證方案一：用黑白線傳感器。黑白傳感器是專門檢測白底黑線或黑底白線的傳感器，黑白線只出現(xiàn)高低電平變化，變化明顯，易于區(qū)別，非常適合小車的尋跡。方案二：采用紅外傳感器。即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)，以單片機(jī)反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。由于黑白度不均，很容易造成誤差，而且檢測距離太近，電壓變化不太明顯，靈活度低，不易控制。所以我們選擇了擇方案一。2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇與論證方案一：采用分立元件構(gòu)成電路來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。由于分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。方案二：采用繼電器對電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過控制開光的切換速度實(shí)現(xiàn)對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。該電路簡單，但繼電器的體積大、要驅(qū)動(dòng)電路。方案三：采用L293D作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L293D是一種直流電機(jī)控制器件，該器件具有外圍電路簡單、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。經(jīng)過考慮，采用方案三。2.4電機(jī)的選擇與論證方案一：用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)可以精確地控制角度和距離。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。并且它的體積大，價(jià)格高，質(zhì)量大。用步進(jìn)電機(jī)的編程復(fù)雜，增加了編程的難度。方案二：采用直流電機(jī)。直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度有一定的保證。直流電機(jī)控制的精確度雖然沒有步進(jìn)電機(jī)那樣高，但完全可以滿足本題目的要求。方案二能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。2.5語音模塊選擇與論證方案一：通過單片機(jī)來控制語音芯片來實(shí)現(xiàn)提示信息的播報(bào)。但是由于語音芯片成本比較高，而且擴(kuò)展起來比較復(fù)雜，增加焊接難度和設(shè)計(jì)成本。方案二：如果控制器采用凌陽16位單片機(jī)SPCE061A，SPCE061A開發(fā)板自身集成有語音模塊，不需要外圍擴(kuò)展，而且由于其集成開發(fā)環(huán)境自帶的語音API函數(shù)庫，可以減少開發(fā)難度和復(fù)雜度。綜上分析，采用方案2。2.6直流調(diào)速系統(tǒng)選擇與論證方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。方案二：靜止可控整流器。簡稱V-M系統(tǒng)。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。V-M系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation），簡稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。（2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。（3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了H型單極型可逆PWM變換器進(jìn)行調(diào)速。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆PWM變換器?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H型、T型等類型。我們在設(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個(gè)三極電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。2.7最終方案確定機(jī)器人以凌陽公司的SPCE061A為平臺。機(jī)器人由傳感器、控制器和驅(qū)動(dòng)器等模塊組成。采用反射式紅外傳感器來辨別路線，利用紅外光電傳感器檢測障礙物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障。傳感器模塊包括了消除干擾信號的電路。驅(qū)動(dòng)模塊的電機(jī)速度采用PWM方式進(jìn)行控制。小車采用無線通信技術(shù)進(jìn) 行遠(yuǎn)程語音控制，根據(jù)經(jīng)訓(xùn)練的語音命令對小車的啟動(dòng)．停止和小車的行駛狀態(tài)進(jìn)行控制。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2.1系統(tǒng)原理圖

3車體機(jī)械部分設(shè)計(jì)3.1車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)車體采用線性聚乙烯、高密度聚乙烯或交聯(lián)聚乙烯材料，該小車的主動(dòng)輪有兩個(gè)，因?yàn)槠鋬蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)輪彼此獨(dú)立，只要利用兩個(gè)電機(jī)的速度差，就可以很方便地實(shí)現(xiàn)車的轉(zhuǎn)彎。小車采用履帶式結(jié)構(gòu)，這樣使小車重心更低，運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。圖3.1總裝圖3.2傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)車體運(yùn)動(dòng)部分采用八輪式，以提高其越障能力，前輪為獨(dú)立兩路驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)，提高車體轉(zhuǎn)向的靈活性。該設(shè)計(jì)采用的是齒輪傳動(dòng)，通過齒輪減速組將電機(jī)軸的高轉(zhuǎn)速降為輸出軸的低轉(zhuǎn)速。電機(jī)軸的最高轉(zhuǎn)速V1為2600r/min，輸出軸的最高轉(zhuǎn)速V2為200r/min，傳動(dòng)比I=3600/200=18。若采用一級齒輪傳動(dòng)，則齒輪尺寸過大，造成空間上的浪費(fèi)，并且對小齒輪的性能要求也很高。因此采用多級齒輪減速傳動(dòng)，經(jīng)過分析采用三級減速比較合理。車體本身重量較重，齒輪所需提供的負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，選用漸開線直齒輪，模數(shù)取2。各級傳動(dòng)比：I1=3，I2=3，I3=2；各級齒輪齒數(shù)：一級：大齒輪Z=90，小齒輪z=30二級：大齒輪Z=75，小齒輪z=25三級：大齒輪Z=60，小齒輪z=30減速齒輪組結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。圖3.2減速齒輪組結(jié)構(gòu)圖

4單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)我們用的是凌陽的SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)其概述如下：SPCE061A是繼系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。主要性能如下：16位微處理器；工作電壓(CPU)VDD為2.4~3.6V(I/O)VDDH為2.4~5.5V；CPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz；內(nèi)置2K字SRAM；內(nèi)置32KFLASH；可編程音頻處理；晶體振蕩器；2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；32位通用可編程輸入/輸出端口；14個(gè)中斷源可來自定時(shí)器A/B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號；32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能；具備串行設(shè)備接口；具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；內(nèi)置在線仿真電路ICE（In-CircuitEmulator）接口；具有保密能力；具有WatchDog功能；圖4.116位微處理器結(jié)構(gòu)圖4.1.1SPCE061A時(shí)鐘電路SPCE061A時(shí)鐘電路采用晶體振蕩器。下圖為SPCE061A時(shí)鐘電路的接線圖。外接晶振采用32768Hz。圖4.2時(shí)鐘電路4.1.2PLL鎖相環(huán)PLL電路的作用是將系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基頻(32768Hz)進(jìn)行倍頻，輸出系統(tǒng)時(shí)鐘Fosc圖4.3PLL電路4.1.3看門狗WatchdogSPCE061A的清狗周期為0.75S；清看門狗操作寄存器：P_Watchdog_Clear(0x7012H)清狗操作：在每個(gè)0.75S的清狗周期里P_Watchdog_Clear寫入0x0001。4.1.4低電壓復(fù)位（LVR）通過某種方式，使單片機(jī)內(nèi)存各寄存器的值變?yōu)槌跏嫉牟僮鞣Q為復(fù)位。SPCE061A的復(fù)位方式為低電壓復(fù)位。圖4.4低電壓復(fù)位電路4.1.5I/O端口OA口：IOA0~IOA6：7路普通AD輸入端口，IOA0~IOA7：觸鍵喚醒功能；IOB口：外部中斷輸入，串行接口、PWM輸出等復(fù)用端口。圖4.5I/O端口原理圖4.1.6時(shí)基與定時(shí)器時(shí)基信號可提供常用的、現(xiàn)成的頻率信號，完成部分定時(shí)器的功能。圖4.6定時(shí)器原理圖4.1.7SPCE061A的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器遞增計(jì)數(shù)方式，自動(dòng)重載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始值，輸出4位可調(diào)脈寬比PWM信號，溢出頻率/2的方波輸出，多種時(shí)鐘源輸入。4.1.8ADC、DACSPCE061A的特色是其強(qiáng)大靈活的語音功能；而單片機(jī)對語音處理的支持，除了其處理能力外，還有片內(nèi)集成的ADC、DAC；特別是集成有AGC電路的MIC通道。圖4.7ADC轉(zhuǎn)換過程示意圖4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.2.1電源電路原理與設(shè)計(jì)系統(tǒng)供電電源為12v蓄電池，可直接為驅(qū)動(dòng)芯片供電，經(jīng)H7805降壓電路（圖3.9）降為5v給單片機(jī)供電。凌陽SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部自帶變壓電路（圖3.8），可以滿足自身電壓需求。圖4.8內(nèi)部電源電路圖圖4.9外部降壓電路4.2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的原理與設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用的電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N。為單塊集成電路、高電壓、高電流、四通道驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器，直流電機(jī))，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。其額定工作電流為1A，最大可達(dá)1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大可達(dá)36V。表4.1輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系L298N可直接的對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，操作非常方便，亦能滿足直流減速電機(jī)的大電流要求。調(diào)試時(shí)在依照上表，用程序輸入對應(yīng)的碼值，即可以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的操作。其驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下所示：圖4.10驅(qū)動(dòng)電路原理圖4.2.3避障電路的原理與設(shè)計(jì)用紅外避障傳感器進(jìn)行避障。紅外避障傳感器是發(fā)射頭與接收頭于一體的檢測開關(guān)，其工作原理是根據(jù)發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，接收頭據(jù)此做出判斷是否有障礙物。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。單片機(jī)根據(jù)接收頭電平的高低做出相應(yīng)控制，避免小車碰到障礙物。由于接收管輸出TTL電平，有利于單片機(jī)對信號的處理。紅外避障傳感器進(jìn)行避障的電路原理圖如下圖所示：圖4.11避障電路4.2.4語音提示電路的原理與設(shè)計(jì)凌陽SPCE061A單片機(jī)自帶雙通道DAC1、DAC2裝換輸出的模擬量電流號分別通過AUD1和AUD2管教輸出，DAC輸出為電流型輸出，經(jīng)LM386音頻放大，即可驅(qū)動(dòng)喇叭放聲，放大電路如圖3.13，在DAC1、DAC2后面接一個(gè)簡單的音頻放大電路和喇叭，就實(shí)現(xiàn)了播放功能。圖4.12語音電路4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要采用SPCE061A單片機(jī)作為控制核心，使用C語言來編程，最后用電腦通過在線調(diào)式器把程序下載到SPCE061A單片機(jī)中。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)小車的尋跡、尋光、還有鐵片的檢測與鐵片顏色的判斷。本系統(tǒng)主要用中斷來實(shí)現(xiàn)，其中計(jì)時(shí)用到了2Hz中斷，尋跡用到了定時(shí)器中斷。4.3.1軟件設(shè)計(jì)各模塊voidRunTime2Hz(void);設(shè)置2HZ基頻中斷向量函數(shù)。voidOffTime2Hz(void);清2HZ基頻中斷向量函數(shù)。voidClear_WatchDog(void);清看門狗函數(shù)unsignedintSP_GetCh(void);取鍵值函數(shù)voiddelay2s(inttimer)可調(diào)的延遲函數(shù)4.3.2速度控制速度控制用TIMERA的PWM輸出控制，當(dāng)它前進(jìn)時(shí)設(shè)PWM為12/16，當(dāng)它轉(zhuǎn)彎時(shí)設(shè)為8/16。其代碼為：*P_TimerA_Ctrl=0x0333;*P_TimerA_Data=0xff9f;4.3.3看門狗看門狗只要一定時(shí)間給其喂狗，就可以保證程序不會(huì)跑飛，跑飛就會(huì)自動(dòng)復(fù)位。其代碼就只有一句：*P_Watchdog_Clear=0x0001;4.3.4基頻中斷采用2HZ的基頻中斷，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制；一次中斷，中斷時(shí)間為0.5S，其代碼如下：[P_INT_Ctrl]=r1;INTIRQ;//開中斷4.3.5程序設(shè)計(jì)流程圖圖4.13總流程圖圖4.14尋跡流程圖圖4.15避障流程圖圖4.16直線調(diào)節(jié)流程圖

5結(jié)論測試表明，小車能夠較好的完成實(shí)驗(yàn)的基本要求和發(fā)揮部分。通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結(jié)合調(diào)試，不斷地對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，智能小車能夠完成各項(xiàng)功能到達(dá)車庫。而且語音播報(bào)清晰，顯示正常，尋跡尋光穩(wěn)定，在檢測搬運(yùn)鐵片的時(shí)候出錯(cuò)也很少，可以說性能很穩(wěn)定。但是本設(shè)計(jì)還是存在著一些不足，比如說自動(dòng)化程度還不夠理想，如果說再加多一些滅火裝置或是避障之類的功能的話會(huì)更加完美。

參考文獻(xiàn)[1]宋桂霞，趙又群，吳珂.懸架變動(dòng)對水陸兩棲車性能的影晌.機(jī)械科學(xué)技術(shù)[J]，2008，22(2)：249-256.[2]李玉良，潘雙夏，趙薇.推進(jìn)器與車體相互作用的理論及數(shù)值分析.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)[J]，2007，41(2)：1277-1282.[3]賈小平，趙萌飛，宗磊強(qiáng)，姜海.灘涂車輛靜墊升性能的CFD仿真.長四川兵工學(xué)報(bào)[J]，2009，30(6)：3-5.[4]李莉，畢小平，賈小平.履帶式兩棲車輛航駛阻力的數(shù)值模擬.船舶[J]，2003，4：47-50[5]韓洪亮，李澎，呂鵬，郝建慶，張光才.兩棲裝甲車輛改裝前后作戰(zhàn)性能評估.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)[J]，2006，17(5)：1-4.[6]宋桂霞，趙又群，吳珂.兩棲車輛阻力水氣兩相流三維數(shù)值模擬.哈爾濱工程大學(xué)報(bào)[J]，2008，29(9)：907-911.[7]王濤，郭齊勝，徐國英.兩棲車輛水上行駛流場的仿真.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)[J]，2007，19(22)：5130-5133.[8]韓占忠，王國玉，閆為革.兩棲車輛航行粘性阻力數(shù)值分析.車輛與動(dòng)力技術(shù)[J]，2003，2：5-10.[9]王濤，徐國英，姚新民，周景濤.兩棲車想繞流場的模擬與水上快速性分析.機(jī)械工程學(xué)報(bào)[J]，2008，44(12).[10]吳坷，王偉，趙豐.軍用水陸兩棲汽車發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.專用汽車[J]，2004，4：1-2.[11]尹咸陽,邊宇樞.基于GPS的水陸兩棲機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的研究.研究與設(shè)計(jì)[J]，2006，22(7)：1-17.[12]徐國英，王俊，周景濤.基于CFD的兩棲車輛阻力和浮態(tài)數(shù)值模擬.艦船科學(xué)技術(shù)[J]，2006，28(4)：22-25.[13]楊定富，吳珂.FTA在某水陸兩棲汽車副分動(dòng)器可靠性設(shè)計(jì)與分析中的應(yīng)用.輕型汽車技術(shù)[J]，2005(4/5)：11-16.[14]薛軍.水陸雨棲車發(fā)展史.上海汽車[J]，2011，,46.[15]DongSun,JianZhu,ChimingLai,S.K.Tso.Avisualsensingapplicationtoaclimbingcleaningrobotontheglasssurface:D.Sunetal./Mechatronics.2004.[16]CrowleyJL,PourrazF.Continuitypropertiesoftheappearancemanifoldformobilerobotpositionestimation:ImageVisionComput.2001.目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1項(xiàng)目概況 11.1區(qū)位交通 11.2規(guī)劃范圍 11.3規(guī)劃期限 11.4規(guī)劃依據(jù) 11.5縣域概況 32規(guī)劃區(qū)空間發(fā)展認(rèn)知 72.1時(shí)代背景 72.2自然生態(tài)條件 82.3社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件 92.4開發(fā)綜合評價(jià) 112.5規(guī)劃解讀 133發(fā)展目標(biāo)與功能定位 163.1規(guī)劃指導(dǎo)思想 163.2規(guī)劃原則 163.3總體發(fā)展目標(biāo) 173.4近期發(fā)展目標(biāo) 173.5中長期發(fā)展目標(biāo) 183.6主要規(guī)劃指標(biāo) 183.7發(fā)展思路 193.8功能定位 204空間結(jié)構(gòu)與用地布局 224.1