摘 要：本设计以 arduino uno及L298n直流电机驱动模块为核心设计并制作一个智能送药装置，该装置主要由组成小车底座，安装电机、舵机，放置控制模块，安装摄像头四个部分组成。该装置能够将装载好的药品自动送到指定区域。一定距离下小车完成任务的时间及运行轨迹为评判设计完成指标。当前的设计不仅可以通过输入程序更方便的实现智能送药，免去了人工的参与，还能保证送药的速度，这将会为我们的生活带来极大的便利条件。

一、引言

1.设计要求

设计并制作一个智能送药装置，其结构框图如图一所示

图一 智能送药小车运行图

二、系统方案论证与选择

（1）控制小车转向开发板选择

方案一：采用ST89C52单片机

它是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管教相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的STC89C52是一种高效微控制器，ST89C52单片机为很多嵌入式系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。

方案二：采用arduino uno开发板

Arduino是一款基于AVR单片机的硬件电路和软件开发环境共同开源的控制系统，是交互式编程学习的一种媒介，是为嵌入式开发的学习而研发的一种控制终端。Arduino开源平台的优势，体现在程序的模块化和开源的库函数。基于开源的库函数，可以通过简单的指令执行复杂的程序。

Arduino与ST89C52单片机比的优点：

①Arduino更先进一些，编程变得简单更人性化和直观

②便捷灵活，方便上手，包含硬件和软件

③Arduino在软件开发啊方面考虑的更多是功能的实现，而单片机开发还需要考虑相应的外围电路和底层软件

通过比较，我们选择方案二Arduino uno开发板为我们的控制小车转向开发板。

（2）小车轮胎选择：

方案一：选择比较小的轮胎

方案二：选择大轮胎

大轮胎与小轮胎比的优点：碾压过的面积大，实现快速运载药物

综合以上两种方案，我们选择方案二大轮胎作为我们的轮胎。

（3）电机选择：

方案一：使用普通电机

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。 电机在电路中是用字母M表示，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，

方案二：使用DC3-6v直流减速电机

直流减速电机，即齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。

DC3-6v直流减速电机与普通电机相比的优点：具有强磁、带抗干扰等特性，减小电机容量节约成本。

综合以上两种方案，我们选择方案二DC3-6v直流减速电机作为我们的电机。 

三、理论分析

（1）关于数字识别的分析

可以用摄像头识别数字方法解决这个问题，用摄像头采集印刷体数字之后做模板匹配，识别出结果之后用串口发给下位机，能够实现基本功能

（2）关于自动寻径方法的分析

寻径是指小车在白色地板上检测黑线，执行相应的动作在黑线内实现小车进入正确路径并完成相应任务。

经过我们的分析有三种可用方法：

①采用颜色传感器

这将是最方便的一种方法，但是易受外界光的干扰并且价格昂贵。

②采用红外探测法

此方法利用的是红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点。当红外光遇到白色障碍物时发生漫反射，反射光被与之相对的接收管接受；如果遇到黑色物体则红外光被吸收，接收管接收不到红外光。将其接收管的结果送给单片机，单片机可以此作相应的处理。

③利用光敏电阻组成光敏探测器。但其受光照影响很大，不能够稳定工作。

四、电路与程序设计

1、电路设计

①总体框图原理
电源：电源由单电源变双电源，为整个系统提供+9V,+11.1V电压，确保电路的正常稳定工作。单电源变双电源采用L298n使能端为高电平使能，当使能端为低电平时，芯片不会工作。

②子系统电路图

（1）arduino uno原理图

（2）L298n直流电机驱动模块

2、程序设计

（1）程序功能描述

根据题目要求实现功能：

①单个小车运送药品到指定的近端病房并返回到药房，运送和返回时间均小于20s。

②单个小车运送药品到指定的中端病房并返回到药房，运送和返回时间均小于20s。

③单个小车运送药品到指定的远端病房并返回到药房，运送和返回时间均小于20s。

（2）程序设计思路

电机部分用L298n的OUT1和OUT2口进行正转和反转控制，用arduino的5V引脚和GND供给L298n电源，A10和A11口向L298n输出控制电机部分的程序，电源部分设置开关，加两个按键，让按键实现特定功能。

（3）程序流程图

五、测试

1.测试方案

①硬件测试
对各个模块进行测试，测试通过后使用。
②软件仿真测试
对程序的错误和不能正确实现的部分进行调节和改正。
③硬件软件联合调试
对整体功能的实现进行进一步调节。

2.测试条件及仪器

测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。

3.测试结果及分析

测试结果（数据）

设计转弯角度	速度	实际角度	是否在范围内	超出范围距离(cm）
34	200	30	否	6
34	255	20	否	12
30	200	35	是	0
30	255	40	否	4