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摘 要 随着自动控制技术的飞速发展，智能车辆成为未来汽车产业的重要发展趋势。为实现车辆的自助完成任务，采用16 位单片机MC9S12XS128为主控制器，设计了避障灭火智能小车，通过光电传感器采集道路信息，火焰传感器感应火焰，实现了对智能车行驶速度和运动方向的控制，完成了灭火任务。
关键词 智能车；避障灭火；飞思卡尔单片机；传感器
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）03-0016-02
智能车又被视为轮式的移动机器人，它具有人工智能的特点，在一定程度上代表了一个国家的自动化与智能化水平[1-2]。本文以飞思卡尔16 位单片机MC9S12XS128为核心，制作了智能灭火小车，能够实现自主循迹及避障行驶、熄灭火焰等功能。
1 智能车的整体设计
如图1所示，智能车共包括五大模块，分别包括MC9S12XS128 单片机最小系统模块、电源管理模块、电机驱动模块、光电检测模块和火焰检测处理模块。采用7.2V1600mAh锂电池给系统供电，光电传感器检测到障碍信号，送到单片机中，判断出障碍位置并调整车轮的转角，完成转弯避障。单片机收到火焰传感器的信息，由相关软件处理，及时发现火焰并驱动水泵浇灭火焰。
图1 模块原理图
2 系统硬件设计
2.1 单片机最小系统模块
最小系统模块MCU选用的是飞思卡尔MC9SXS128单片机芯片，晶振为16M无源晶振，辅以复位电路及指示LED灯和滤波电容电感等组成。采用RS232通信接口通信、BDM调试接口电路调试，模块负责对智能车所采集到的信号进行处理，并向各个功能模块发送控制信号[3-4]。
2.2 电源模块
电源模块采用额定电压7.2V、额定容量1600mAh的锂电池作为动力源。为减小电源纹波，获得稳定的供电电压，选用串联线性稳压芯片LM2940搭建5V稳压电路，分别对单片机最小系统模块、电源模块、光电检测模块、火焰检测处理模块提供动力能源。
2.3 电机驱动模块
电机驱动采用集成驱动电机芯片BTS7960，BTS7960的驱动承载能力具有一定限度，因此为了顺畅快速的控制小车，我们采用两片BTS7960并联的方式进行驱动，如图2所示。这样极大的提高了电机芯片驱动，使易于其承受电机负载，并且智能车反应更为灵敏行动更加迅速；还避免了负载过大导致芯片灼热，损害其他部件，减小了芯片对电机启动及制动的影响，进而大大提高了工作效率。通过单片机对芯片的使能端进行控制，从而实现电机的调速，控制转速，改变前行的方向，成功的避开障碍。
图2 驱动模块电路原理图
2.4 光电检测模块
光电传感器相当于智能车行进的导航“器官”，可以探测周围环境信息，准确输送环境信息。如图3所示，首先把被测物体的变化转换成信号的不同变化，然后借助于光电元件进一步转变成电信号，具有精度高、反应快、非接触等优点，检测距离可以根据要求的距离不同进行调节。智能车行进中，均匀分布在小车四周的光电传感器检测是否存在障碍，传送检测数据到单片机，单片机根据接收的数值判断出障碍位置，并调节车轮的转角，进而改变前行的方向。
2.5 火焰检测模块
火焰传感器利用红外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接收管来检测火焰，然后把火焰的亮度变化转化为电平信号，通过A/D转换器送入单片机进行处理。火焰传感器安装于智能车的前端，高度18 cm，接近于蜡烛的高度。火焰传感器的探测角狭窄，为了避免检测盲区的存在，采用6个传感器围成一圈的形式。当火焰传感器有一路检测到火焰信息时，单片机对接收的信息进行信息数值比对，对火源进行确认及灭火处理。
图3 光电检测原理图
3 软件设计
智能车软件程序使用C语言编写而成，采用模块化设计思想，以主程序为核心，设计了单片机初始化、光电传感器测速转向、串口收发、火焰检测处理、数码显示等模块。
3.1 系统主函数
系统进入工作状态时，主函数首先进行系统初始化、光电传感器、火焰传感器开始工作，智能车整体开始运作。
3.2 智能车行进
智能车前行采用光电传感器检测，光电传感器将检测结果高低电平送入单片机，单片机判断左侧高电平时，左侧存在障碍物，单片机控制小车右侧电机的PWM信号值减小，小车右转，光电传感器右侧输送高电平时，则反之。通过光电传感器的高低电平输送到单片机，进而控制电机占空比，成功避开障碍。
3.3 灭火
智能车行进过程中，火焰传感器对周围是否有火焰进行检测，采用AD进行十次检测求取平均值，保证采集数值的准确性。当有火焰时，驱动舵机下拉灭火器开关，灭火器喷射出灭火剂，熄灭火焰。
4 结束语
以避障灭火智能车为研究对象，设计了基于飞思卡尔单片机MC9S12XS128的避障灭火智能车控制系统，通过光电传感器探测环境信息，通过火焰传感器实时探测火焰信息，在动态数据采集的基础上，单片机对采集到的信息进行规划安排，对智能车的驱动、制动、位置方向角度等进行调整与控制，从而使智能车快速稳定的自动行驶，完成任务，对自动导向车、智能机器人等方面都具有很大的应用价值和优越性。
基金项目
国家级大学生创新创业训练计划项目（201410448036）。
参考文献
[1]严大考，李猛，郭朋彦，等.基于Matlab的智能车软件系统设计与仿真[J].计算机应用与软件，2014，31（1）：256-259.
[2]严大考，李猛，邹栋，等.基于MC9S12XS128单片机的智能车控制系统的设计[J].华北水利水电学院学报，2013，34（1）：106-110.
[3]王威，胡继云，郑维，等.HCS12微控制器原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007：155-181.
[4]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：128-136.
作者简介
翟文鹏（1993-），男，汉族，山东淄博人，本科学生。
关键词 智能车；避障灭火；飞思卡尔单片机；传感器
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）03-0016-02
智能车又被视为轮式的移动机器人，它具有人工智能的特点，在一定程度上代表了一个国家的自动化与智能化水平[1-2]。本文以飞思卡尔16 位单片机MC9S12XS128为核心，制作了智能灭火小车，能够实现自主循迹及避障行驶、熄灭火焰等功能。
1 智能车的整体设计
如图1所示，智能车共包括五大模块，分别包括MC9S12XS128 单片机最小系统模块、电源管理模块、电机驱动模块、光电检测模块和火焰检测处理模块。采用7.2V1600mAh锂电池给系统供电，光电传感器检测到障碍信号，送到单片机中，判断出障碍位置并调整车轮的转角，完成转弯避障。单片机收到火焰传感器的信息，由相关软件处理，及时发现火焰并驱动水泵浇灭火焰。
图1 模块原理图
2 系统硬件设计
2.1 单片机最小系统模块
最小系统模块MCU选用的是飞思卡尔MC9SXS128单片机芯片，晶振为16M无源晶振，辅以复位电路及指示LED灯和滤波电容电感等组成。采用RS232通信接口通信、BDM调试接口电路调试，模块负责对智能车所采集到的信号进行处理，并向各个功能模块发送控制信号[3-4]。
2.2 电源模块
电源模块采用额定电压7.2V、额定容量1600mAh的锂电池作为动力源。为减小电源纹波，获得稳定的供电电压，选用串联线性稳压芯片LM2940搭建5V稳压电路，分别对单片机最小系统模块、电源模块、光电检测模块、火焰检测处理模块提供动力能源。
2.3 电机驱动模块
电机驱动采用集成驱动电机芯片BTS7960，BTS7960的驱动承载能力具有一定限度，因此为了顺畅快速的控制小车，我们采用两片BTS7960并联的方式进行驱动，如图2所示。这样极大的提高了电机芯片驱动，使易于其承受电机负载，并且智能车反应更为灵敏行动更加迅速；还避免了负载过大导致芯片灼热，损害其他部件，减小了芯片对电机启动及制动的影响，进而大大提高了工作效率。通过单片机对芯片的使能端进行控制，从而实现电机的调速，控制转速，改变前行的方向，成功的避开障碍。
图2 驱动模块电路原理图
2.4 光电检测模块
光电传感器相当于智能车行进的导航“器官”，可以探测周围环境信息，准确输送环境信息。如图3所示，首先把被测物体的变化转换成信号的不同变化，然后借助于光电元件进一步转变成电信号，具有精度高、反应快、非接触等优点，检测距离可以根据要求的距离不同进行调节。智能车行进中，均匀分布在小车四周的光电传感器检测是否存在障碍，传送检测数据到单片机，单片机根据接收的数值判断出障碍位置，并调节车轮的转角，进而改变前行的方向。
2.5 火焰检测模块
火焰传感器利用红外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接收管来检测火焰，然后把火焰的亮度变化转化为电平信号，通过A/D转换器送入单片机进行处理。火焰传感器安装于智能车的前端，高度18 cm，接近于蜡烛的高度。火焰传感器的探测角狭窄，为了避免检测盲区的存在，采用6个传感器围成一圈的形式。当火焰传感器有一路检测到火焰信息时，单片机对接收的信息进行信息数值比对，对火源进行确认及灭火处理。
图3 光电检测原理图
3 软件设计
智能车软件程序使用C语言编写而成，采用模块化设计思想，以主程序为核心，设计了单片机初始化、光电传感器测速转向、串口收发、火焰检测处理、数码显示等模块。
3.1 系统主函数
系统进入工作状态时，主函数首先进行系统初始化、光电传感器、火焰传感器开始工作，智能车整体开始运作。
3.2 智能车行进
智能车前行采用光电传感器检测，光电传感器将检测结果高低电平送入单片机，单片机判断左侧高电平时，左侧存在障碍物，单片机控制小车右侧电机的PWM信号值减小，小车右转，光电传感器右侧输送高电平时，则反之。通过光电传感器的高低电平输送到单片机，进而控制电机占空比，成功避开障碍。
3.3 灭火
智能车行进过程中，火焰传感器对周围是否有火焰进行检测，采用AD进行十次检测求取平均值，保证采集数值的准确性。当有火焰时，驱动舵机下拉灭火器开关，灭火器喷射出灭火剂，熄灭火焰。
4 结束语
以避障灭火智能车为研究对象，设计了基于飞思卡尔单片机MC9S12XS128的避障灭火智能车控制系统，通过光电传感器探测环境信息，通过火焰传感器实时探测火焰信息，在动态数据采集的基础上，单片机对采集到的信息进行规划安排，对智能车的驱动、制动、位置方向角度等进行调整与控制，从而使智能车快速稳定的自动行驶，完成任务，对自动导向车、智能机器人等方面都具有很大的应用价值和优越性。
基金项目
国家级大学生创新创业训练计划项目（201410448036）。
参考文献
[1]严大考，李猛，郭朋彦，等.基于Matlab的智能车软件系统设计与仿真[J].计算机应用与软件，2014，31（1）：256-259.
[2]严大考，李猛，邹栋，等.基于MC9S12XS128单片机的智能车控制系统的设计[J].华北水利水电学院学报，2013，34（1）：106-110.
[3]王威，胡继云，郑维，等.HCS12微控制器原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007：155-181.
[4]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：128-136.
作者简介
翟文鹏（1993-），男，汉族，山东淄博人，本科学生。