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作者：安徽大学江淮学院 唐茹 王杰 樊超

        作品简介

　　当今社会处在众多的自然灾害频频发生的环境中，汶川地震、玉树地震、山体滑坡、矿井坍塌事故……在这些频频发生的事故中救人是第一要务，生命是人世间最宝贵的东西，在自然灾害发生后能够将灾害的伤亡降低到最小，将生命第一时间救出困境才是“以人为本”的宗旨。在此背景下科学技术就显得尤为重要，因此2203工作组研制了“STC-人工智能二维生命探测仪”，在各种复杂的环境下启动STC-人工智能二维生命探测仪，这样STC-人工智能二维生命探测仪根据生命迹象的各种生理指标进行探测，接收到相应的信号之后由系统平台对信号进行处理并做出快速精确的反应。STC-人工智能二维生命探测仪由开发平台及主控系统stc15系列单片机模块、L298N电机驱动模块、红外传感器模块、电机动力驱动模块组成。使用说明：将STC-人工智能二维生命探测仪至于需要探测的地方，启动开始按钮(基于本产品安装的红外传感器，我们将人手作为信号源)，将手伸出，STC-人工智能二维生命探测仪探测到手的信号，立刻迅速做出反应，紧紧跟随并显示不同的指示，它像一个突然产生创新想法的脑袋被激活，更像是食肉动物对猎物的捕食，紧追不放。这样就可以对事物进行二维的追踪和寻找，同时在更换不同的信号传感器的情况下可以进行不同事物的探测追踪和寻找。　　

 　　平台选型说明

　　1. 采用宏晶公司最新 STC15 系列 IAP15F2K61S2 芯片。ISP/IAP，在系统可编程在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。
　　2. 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通 8051 快 8-12 倍
　　3. 61K 字节片内片内 Flash 程序存储器，擦写次数 10 万次以上
　　4. 片内大容量 2048 字节的 SRAM
　　5. 大容量片内 EEPROM，擦写次数 10 万次数以上
　　6. 共 8 通道 10 位高速 ADC，速度可达 30 万次/秒，3 路 PWM 还可当 3 路 D/A使用。
　　7. 共 3 通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA)
　　8. 内部高可靠复位，8 级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路
　　9. 内部高精度 R/C 时钟，内部时钟从 5MHz～35MHz 可选，相当于普通 8051 的60MHz～420MHz。
　　10. 两组高速异步串行通信端口(可同时使用)，可在 5 组管脚之间进行切换， 分时复用可当 5 组串口使用。
　　11. 一组高速异步串行通信端口 SPI。
　　12.各种接口扩展齐全。
　　13. 一根优质 USB 线实现系统供电、程序下载、通信功能。

　　STC15 单片机开发板主要由以下基本功能模块组成：
　　(1) 单片机芯片;
　　(2) 显示模块;
　　(3) 输入/输出模块;
　　(4) 传感模块;

　　设计说明

　　STC-人工智能二维生命探测仪是基于STC15系列的单片机平台开发的新型生命探测仪。本探测仪由开发平台及主控系统stc15系列单片机模块、L298N电机驱动模块、红外传感器模块、电机动力驱动模块组成。
　　一.STC15系列单片机， 采用宏晶公司最新 STC15 系列 IAP15F2K61S2 芯片。ISP/IAP，在系统可编程在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通 8051 快 8-12 倍7. 61K 字节片内片内 Flash 程序存储器，擦写次数 10 万次以上 。　　

 　　二. L298N电机驱动模块：
　　在电机驱动方面我们做出了比较纠结的方案比较：
　　电机驱动方案的比较：
　　方案一：采用传统的功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大。
　　方案二：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。且由L298N结合单片机可实现对小车速度的精确控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。
　　因此决定采用L298N控制直流电机。　　

 　　三红外传感器模块:
　　红外传感器原理：发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外传感器工作于脉冲状态，因为脉动光(调制光)的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip 的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度т，一些彩电红外遥控器，其红外传感器的工作脉冲中空比约为1/4~1/3;一些电气产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率(1mW~10mW)、中功率(20mW~50mW)和大功率(50mW~100mW以上)三大类。要使红外传感器产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。
　　红外线接收头：　　

 　　采用小型设计、内屏蔽模块封装，可以做红外线解码实验，红外线遥控器等等。配合遥控器完成遥控解码及红外遥控实验。在红外遥控系统中作为接收元件广泛应用于1、视听器材(如VCD、DVD、DVB、TV等) 2、家庭器材(如冷气机，电风扇、电灯等)3、红外线摇控(如玩具等)
　　金属封装红外线接收管,适用于各类光电转换的自控仪器,传感器.各类光电检测器的信号光源.根据驱动方式可获得稳定光.脉冲光,缓变光.常用于控制,报警等方面.持点;采用反射功能的结构形式,光功率较强,低驱动电压,易与晶体管电路匹配.结构坚固耐震.可靠性高.金属玻璃封装器件,耐磨耐温性好.
　　接收器对外只有3个引脚：Out、GND、Vcc与单片机接口非常方便，如图所示。
　　① 脉冲信号输出接，直接接单片机的IO 口。
　　② GND接系统的地线(0V);
　　③ Vcc接系统的电源正极(+5V);
　　红外线二极管阳极(P极)电压加正，阴极(N极)电压加负，此时二极管所加之电压为正向电压，同时亦产生 正向电流，提供了红外线发光二极管发射出光束的能量，其发光的条件与一般的发 光二极管(LED)一样，只是红外线为不可见光。一般而言砷化镓的红外线发光二极 体约须1V，而镓质的红色发光二极管切入电压约须1.8V;绿色发光二极管切入电压 约须2.0V左右。当加入之电压超过切入电压之后，电流便急速上升，而周围温度对 二极管的切入电压影响亦很大，当温度较高时，将使其切入电压数值降低，反之， 切入电压降.　　

 　　四.电机动力驱动模块：
　　控制电机方案比较
　　方案一 ：利用步进电机的准确定长步进性能方便的实现调速和方向的偏转，且能准确的测量速度、路程以及时间，简化编程和硬件连接的工作量。但是步进电机在与机械配合的小车改装上难度极大，非短时间所能完成。该方案实现较困难。
　　方案二 ：用玩具小车上自带的双直流电机，只需对后轮电机进行简单改造，加上一个齿轮减速装置即可，两电机分别负责小汽车的驱动和转向的功能，依据外围红外反射传感器所采集到的信息可以补足直流电机定位不准的缺点，同时红外反射传感器的使用还能实现比较准确的寻迹行驶，用较好的控制算法及特色硬件来提高小车的整体性能，可具有很高的性能/价格比。
　　经比较验证，显然方案一的机械结构也短时间内难以满足题目的要求，而方案二本身是与小车相兼容的，性能也比较好，采用方案二。

　　作品特色

　　STC-人工智能二维生命探测仪是基于最新的开发平台STC15系列单片机开发的生命探测仪，将探测仪的性能和能动性结合一起产生二维救生的性能，在新的信号探测器的基础上可继续升华为三维空中救生探测仪，这样补偿了一维界面的单调和搜索信号的不准确性，其次在二维探测的基础上可以很好地发挥产品的能动性，在探测到信号后可以准确而且精确的做出反应并第一时间寻找到目标，这就为救生赢得了很多时间，降低了因为时间而带来的惨重伤亡。自然灾害是人们不可预料的，我们的STC-人工智能二维生命探测可以用于任何形式的救生生命搜索任务，由一位定点的单调的探测到二维的能动性探测再到三维的空中救生探测，体现“人工智能”的核心理念。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2375