飞思卡尔单片机在自动排爆车控制系统中的应用

摘  要： 系统以飞思卡尔公司MC9S12DG128单片机为主、以STC12C5410AD单片机为辅实现排爆车的控制核心，采用CCD图像识别技术，将检测到的数据传送给单片机，对数据进行相应处理，LCD液晶显示及语音播报。实验证明，系统方案合理，性能良好，能够实现竞赛题目的各项要求。
关键词： 单片机；CCD图像识别；PTR8000+无线通信；排爆
       针对吉林省大学生电子竞赛G题--自动排爆车的要求，所设计的系统主要由履带式车体、电机控制模块、视觉导航模块、LCD液晶显示模块、语音播报模块和红外线检测等模块组成。摄像头对可疑铁磁物质进行检测，并将信息发送给飞思卡尔单片机，单片机对此信息进行分析处理，驱动直流电机运动；采用CCD图形识别技术，引导小车顺利进入现场，检测到任意放置的可疑铁磁材料薄片，并将其搬移到起点；同时将时间、小车运行状态等信息发送给LCD液晶显示模块及PC机显示模块，实时显示自动排爆车的运行状况；语音播报模块实现语音提示。系统方案框图如图1所示。
   
   1 主要模块硬件设计
     本系统控制器模块采用MC9SDG128飞思卡尔单片机和STC12C5410AD单片机；语音功能模块采用凌阳单片机自带的语音功能；液晶显示模块采用凌阳单片机和液晶显示模组；红外检测模块采用RPR220红外检测传感器；无线通信网络模块采用STC12C5410AD单片机和PTR8000+装置。
1.1 主控单元
     MC9S12DG128单片机是飞思卡尔公司推出的S12系列微控制器中的一款增强型16 bit的单片机。其集成度高，片内资源丰富，接口模块包括SPI、SCI、I2C、A/D、PWM等。本设计中选用MC9S12DG128的PWM单元产生2路8 bit的PWM波来驱动车体，用其片载A/D对CCD摄像头所摄取的影像进行数据转换。STC12C5410AD单片机将时间、小车运行状态等信息发送给LCD液晶显示模块，实时显示自动排爆车的运行状况[1-2]。
1.2 铁磁材料检测模块
     由于铁磁材料本身的颜色与赛道背景色差别较大，而且其特征与黑线特征区别较大，故采用CCD传感器将材料与赛道背景和黑线区别开，即排爆车通过CCD对黑色线及铁磁物质进行检测来控制电机，使小车运行满足竞赛要求。
     该模块采用CCD摄像头对路面信息进行采集，输出标准的视频复合信号，利用同步信号分离芯片LM1881和单片机的A/D转换器可以对视频信号进行采样，得到CCD图像数据，经过二值化处理可以得到黑色线轨迹在图像上的点阵[3]。由相邻两个像素点的差值可以判定黑线及铁磁物质的位置。LM1881的端口接线方式如图2所示。
   
   1.4 无线通信模块
     本系统利用多片PTR8000+组成了无线通信网络[4]，完成信息的无线采集和传输。在无线通信网络中，铁磁材料检测单元将采集的信息通过无线方式实时地传给排爆车。它将从铁磁材料检测单元获得的信息、时间以及其他控制信号通过无线方式传递给显示器和语音播报装置。
1.5 直流电机驱动模块