智能消防電動車論文

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"智能消防電動車設(shè)計與制作 2\o"CurrentDocument"摘要 2\o"CurrentDocument"IntelligentDesignandmanufactureofelectriccarsFire 3Abstract 3\o"CurrentDocument"緒論 4\o"CurrentDocument"1、 系統(tǒng)方案設(shè)計 6\o"CurrentDocument"1.1國內(nèi)外發(fā)展情況及其研究意義 6\o"CurrentDocument"1.2選題意義及研究內(nèi)容： 61.3設(shè)計要求 6\o"CurrentDocument"1.4智能消防電動車基本原理 7\o"CurrentDocument"1.5系統(tǒng)總體框圖設(shè)計 7\o"CurrentDocument"2、 硬件設(shè)計 8\o"CurrentDocument"2.1四路熱光源信號采集電路設(shè)計 82.2聲音信號采集電路 102.3停車信號采集電路 10\o"CurrentDocument"2.4電機(jī)驅(qū)動電路 11\o"CurrentDocument"2.5風(fēng)扇驅(qū)動電路和液晶顯示電路 122.6電源電路 12\o"CurrentDocument"2.7單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 132.7.1時鐘源電路 142.7.2復(fù)位電路 142.7.3串口下載電路 14\o"CurrentDocument"3、 軟件設(shè)計 153.1stc89c52的定時/計數(shù)器編程的相關(guān)寄存器介紹 153.1.1定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD 153.1.2定時器控制寄存器TCON 153.1.3中斷允許控制寄存器IE 15\o"CurrentDocument"3.2系統(tǒng)軟件框圖設(shè)計 16\o"CurrentDocument"4、 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 18\o"CurrentDocument"4.1熱光源信號采集電路調(diào)試 18\o"CurrentDocument"4.2聲音信號采集調(diào)試 18\o"CurrentDocument"4.3整機(jī)調(diào)試 19\o"CurrentDocument"結(jié)論 20\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 21\o"CurrentDocument"附錄 22\o"CurrentDocument"附錄A：系統(tǒng)總體電路圖 22附錄B：主程序代碼 24\o"CurrentDocument"致謝 28智能消防電動車設(shè)計與制作摘要如今國內(nèi)外對消防設(shè)備的研究越來越重視，投入也越來越多。慢慢趨向于自動化、智能化。實(shí)現(xiàn)滅火、火場偵察、危險物品泄漏探測、破拆等功能。本文設(shè)計主要完成的功能是撲火救人。本設(shè)計是基于STC89C52單片機(jī)對電動車進(jìn)行控制的自動控制系統(tǒng)，研究的內(nèi)容有：主要方案論證、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試。硬件設(shè)計主要有電機(jī)驅(qū)動電路、熱光源采集電路、聲音采集電路、電風(fēng)扇驅(qū)動電路、停車信號采集電路、LCD顯示電路、電源電路及單片機(jī)最小系統(tǒng)。本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為控制核心，通過接受到熱光源采集電路傳送的信號和聲音采集電路傳送的信號，對電動車電機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對電動車的轉(zhuǎn)向控制。當(dāng)兩處著火，一處是物品，另一處是人著火；電動車通過聲音識別，優(yōu)先將人身上的火撲滅。其所實(shí)現(xiàn)的功能相當(dāng)于簡易消防機(jī)器人?！娟P(guān)鍵詞】消防車熱光源STC89C52單片機(jī)LM298ST178IntelligentDesignandmanufactureofelectriccarsFireAbstractToday,fire-fightingequipmentathomeandabroadmoreandmoreemphasisonthestudy,inputmoreandmore.Slowlytendstoautomationandintelligence.Toachievefirefighting,firedetection,hazardousmaterialsleakdetection,ripperandotherfunctions.Thisfunctionisprimarilydesignedtocompletefirefightingtosavepeople.ThedesignisbasedSTC89C52microcontrollertocontrolforelectricvehiclecontrolsystemtostudythecontentsofthefollowing:themainprogramfeasibilitystudies,hardwaredesign,softwaredesign,systemdebugginginkind.Hardwaredesign,mainmotordrivecircuit,thermallightsourceacquisitioncircuit,thesoundcollectioncircuit,fandrivecircuit,stoppingthesignalacquisitioncircuit,LCDdisplaycircuit,powercircuitandmicrocontrollerminimumsystem.ThesystemSTC89C52microcomputerasthecontrolcore,throughtheacquisitioncircuitreceiveslighttransmittedthermalsignalandvoicesignalacquisitioncircuittransmissionofelectricvehiclemotorstobecontrolledinordertoachievesteeringcontrolforelectricvehicles.Whenthetwofire,oneistheitems,anotherisahumanonfire;electricvehiclethroughvoicerecognition,giveprioritytothehumanbodyfire.Theyachievethefunctionalequivalentofsimplefire-fightingrobot.【Keywords】:fireengine、hotlight、 STC89C52MCU、LM298ST178緒論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域越來越多?？茖W(xué)計算、工業(yè)自動化控制、航空航天領(lǐng)域等。同時也應(yīng)用到了我們的實(shí)際生活中。60年代的時候，我們國內(nèi)的消費(fèi)設(shè)備很簡單，一個盆子或者一只桶子和幾個掃把。當(dāng)森林著了火，房屋起了火，我們只能眼睜睜地看著。光靠幾個水桶起不了任何作用。隨著生活質(zhì)量和需求的提高，90年代的時候我們有消費(fèi)車，滅火器等簡單的機(jī)械式的消防設(shè)備。森林著火，建筑起火坍塌的時候我們依賴它。但是在相當(dāng)惡劣的壞境下，溫度高達(dá)幾百攝氏度和建筑隨時都會坍塌的情況下，我們卻無能為力了。只能看著生命和財產(chǎn)化為灰燼。隨著科技的發(fā)展和提高，消防設(shè)備逐漸趨向于自動化和智能化的方向發(fā)展，消防機(jī)器人出現(xiàn)了。消防機(jī)器人屬于特種機(jī)器人范疇，它作為特種消防設(shè)備可以替代消防隊員接近火災(zāi)現(xiàn)場實(shí)施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項火場偵察任務(wù)，尤其是在危險性大或者消防隊員不易接近的場合，消防機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力，對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。一旦事故發(fā)生，假如沒有有效的方法、裝備及設(shè)施，救援人員將無法進(jìn)入事故現(xiàn)場，而要冒然采取行動，往往只會造成無辜生命的犧牲,付出慘重代價，在我國消防部門配備消防機(jī)器人的問題非常迫切了。消防機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力。國際上較早開展消防機(jī)器人研究的是美國和前蘇聯(lián)，稍后，英國、日本、法國、德國、等國家也紛紛開始研究該類技術(shù)。目前已有很多種不同功能的消防機(jī)器人用于救災(zāi)現(xiàn)場。國際上對消防機(jī)器人的研究可分為三個階段（三代），第一代是程序控制消防機(jī)器人，第二代是具有感覺功能的消防機(jī)器人，第三代是智能化消防機(jī)器人。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家正在加快開發(fā)具有不同功能的實(shí)用型的第二代消防機(jī)器人和第三代低級智能化消防機(jī)器人，著手研究第三代高級智能機(jī)器人。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家把研究開發(fā)消防機(jī)器人列入國家技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，將它作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個重要保證手段。日本投入應(yīng)用的消防機(jī)器人最多。80年代，日本研制了不少于5種型號的自動行駛消防機(jī)器人，分別配備于大阪、東京、高石、太田、蒲田等消防部門，這類機(jī)器人以內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)作為動力，配置驅(qū)動輪或履帶式行駛機(jī)構(gòu)，能爬坡、越障礙；裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉(zhuǎn)；裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視設(shè)備；通過電纜或無線控制，控制距離最大為100m。另一類機(jī)器人為偵察、搶險機(jī)器人，除裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視器設(shè)備外，還裝有機(jī)械手，能通過遙控處理危險物品。美國已研制出能依靠感覺信息控制的救災(zāi)智能化機(jī)器人，亞利桑諾州消防部門研制的消防機(jī)器人，裝有破拆工具和消防水槍，能一邊破拆，一邊噴射滅。美國的InRobTech公司生產(chǎn)的消防機(jī)器人FFR-1在高溫環(huán)境中具有頑強(qiáng)的生命力，它的冷卻系統(tǒng)可以在6000°C的高溫環(huán)境下使機(jī)器人保持在600°C。根據(jù)消防機(jī)器人的滅火要求，應(yīng)具有的基本功能包括以下幾個方面：行駛電機(jī)的控制、消防噴槍位置的控制、現(xiàn)場信息的采集、數(shù)據(jù)處理與通信等等。消防機(jī)器人往往需要在高溫、強(qiáng)熱輻射、濃煙、地形復(fù)雜、障礙物多、化學(xué)腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中進(jìn)行火場偵察，因此作為某種特定功能的消防機(jī)器人應(yīng)該具備以下某項或幾項行走和自衛(wèi)功能:爬坡、登梯及障礙物跨越功能,耐溫和抗熱輻射功能，防雨淋功能，防爆、隔爆功能，防化學(xué)腐蝕功能，防電磁干擾功能,遙控功能等。本文設(shè)計的智能消防電動車實(shí)現(xiàn)的功能相當(dāng)于簡易消防機(jī)器人，它能同時實(shí)現(xiàn)就人和救火功能。1、系統(tǒng)方案設(shè)計1.1國內(nèi)外發(fā)展情況及其研究意義目前對消防電動車（消防機(jī)器人）達(dá)到一定水平，國內(nèi)首臺消防機(jī)器人亮相消防實(shí)戰(zhàn)演練。但尚未將其投入到實(shí)際應(yīng)用中去。一方面要求消防電動車越來越“聰明”，不僅僅要可以通過無線人工控制而且能夠根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的情況，而且要求在無人操控的情況下可以做出各種反應(yīng)；另一方面消防電動車將更加專業(yè)化，因?yàn)榛馂?zāi)情況的多樣性和復(fù)雜性。各種危險復(fù)雜的環(huán)境下，在人力所不及之處可以充分發(fā)揮其作用，大大減少消防人員傷亡。因此加大對消防電動車的研究，使其盡快投入到實(shí)際應(yīng)用中去顯得非常迫切了。1.2選題意義及研究內(nèi)容：智能消防電動車涉及領(lǐng)域非常多，自動化儀表、智能控制、以及其它相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。對研究智能消防電動車的研究顯得尤為重要。尤其是在消防方面，它可以替代消防隊員接近火災(zāi)現(xiàn)場實(shí)施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項火場偵察任務(wù)，尤其是在危險性大或者消防隊員不易接近的場合，消防機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力，對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。主要研究內(nèi)容是：1） 智能消防電動車研究的實(shí)際意義2） 提出系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)和要求，設(shè)計系統(tǒng)總體框架圖3） 設(shè)計各單元電路的硬件和軟件4） 系統(tǒng)實(shí)物制作的調(diào)試5） 系統(tǒng)效果分析和結(jié)論1.3設(shè)計要求功能要求：設(shè)計一個智能消防電動小車模型，可以自動尋找識別用火災(zāi)地點(diǎn)或著火人體，并能優(yōu)先將人身體火焰撲滅燈功能與動作。設(shè)計要求能夠快速順利地找到火焰地點(diǎn)，辨別著火點(diǎn)是人還是物，記錄撲滅著火地點(diǎn)次數(shù)和設(shè)計出實(shí)物模型并加以演示。電動車模型參數(shù)說明：車體：雙電機(jī)兩輪驅(qū)動供電：蓄電池6.8V工作電壓：DC5V?6.8V工作電流：運(yùn)動時約240mA1.4智能消防電動車基本原理智能消防電動車的基本原理是stc89c53MCU通過接受到熱光源采集電路和聲音采集電路傳送的信號，經(jīng)信號處理后，對電動車電機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對電動車的轉(zhuǎn)向控制。當(dāng)兩處著火，一處是物品，另一處是人著火；電動車通過分析采集的聲音強(qiáng)度信號進(jìn)行識別，優(yōu)先將人身上的火撲滅。在找到熱光源時，電動車離熱光源一定距離時，停車信號采集電路給單片機(jī)發(fā)送一個停車信號，從而立即停車，啟動電風(fēng)扇，將火撲滅。1.5系統(tǒng)總體框圖設(shè)計根據(jù)設(shè)計功能要求本系統(tǒng)要完成關(guān)鍵任務(wù)是如何辨別熱光源（著火點(diǎn)）是人還是物體并將火撲滅和記錄顯示所需時間。其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它由主控制器、熱光源采集電路、聲音信號采集電路、停車信號采集電路、直流電機(jī)驅(qū)動控制電路、電風(fēng)扇啟動控制電路和液晶顯示電路組成。圖1智能消防電動車系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖2、硬件設(shè)計2.1四路熱光源信號采集電路設(shè)計方案1：如圖2所示即為利用光敏電阻采集熱光源信號電路，其工作原理為:在無熱光源照射的情況下光敏電阻呈高阻態(tài)，阻值在100千歐姆以上。當(dāng)光源照射時，隨著光強(qiáng)增強(qiáng)，光敏電阻的阻值變小，約在2千歐姆以下；隨著光強(qiáng)的減弱，光敏電阻的阻值變大，約100千歐姆以上。因此通過串聯(lián)電阻分壓的原理，將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化。將該信號電壓與LM311比較器的參考電壓相比較，獲得一個光源信號，即將模擬信號轉(zhuǎn)換成了數(shù)字信號。通過調(diào)節(jié)比較器的參考電壓值即可調(diào)節(jié)信號采集的靈敏度。輸出高電平3.7V（為1）時表示沒有采集到光源，輸出低電平0.1V（為0）時表示采集到了光源信號。此電路靈敏度高，但致命的缺陷就是受外部干擾較大，特別是在光比較強(qiáng)的環(huán)境容易出現(xiàn)誤判的情況。方案2：如圖3所示為利用紅外對管（ST178），電壓比較器LM311構(gòu)成的熱光源信號采集電路。電路工作原理是：利用紅外對管的紅外接收管采集熱光源信號?；鹧娴某水a(chǎn)生可見光之外，還能產(chǎn)生近紅外光；紅外對管的接收管可采集到火焰的近紅外光，而不能采集到可見光。如原理圖所示，當(dāng)紅外對管的接收管采集到熱光源信號時，通過電壓比較器LM311的第3腳輸入，與電壓比較器第2腳的參考電壓相比較，從而獲得是否有熱光源的電壓信號。此電路工作穩(wěn)定，靈敏度高，可靠性強(qiáng)。但由于器件本身性質(zhì)，熱光源信號采集距離短。

圖3利用紅外對管構(gòu)成的熱光源信號采集電LED方案3:如圖4所示，采用紅外接收二極管和電壓比較器LM311構(gòu)成的熱光源信號采集電路。電路原理如下：△ndU10LM311U61K圖4△ndU10LM311U61K圖4紅外接收二極管構(gòu)成的熱光源信LED:集電路圖R2620K紅外接收二極管工作原理是，作紅外開關(guān)。二極管和一電阻反向串聯(lián)在電路中，當(dāng)有紅外光照射到紅外接收二極管上時電路接通，紅外接收二極管和電阻串聯(lián)的中點(diǎn)電壓相當(dāng)于電源電壓。當(dāng)無紅外光照射到紅外接收二極管上時電路截止，紅外接收二極管和電阻串聯(lián)的中點(diǎn)相當(dāng)于接地。該中點(diǎn)電壓信號再通過電壓比較器參考電壓相比較，即可得到光源信號。實(shí)驗(yàn)證明，電路工作時穩(wěn)定可靠，靈敏度高，受外界環(huán)境影響小。檢測距離符合設(shè)計要求。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)方案3優(yōu)于方案1和方案2。方案3解決了方案1不穩(wěn)定問題和方案二的檢測距離的問題。電路穩(wěn)定性、可靠性、靈敏性都得到了一定的提高。因此采用方案3。如圖5所示，電路由四路（左路、中左路、中右路、右路）熱光源信號米集電路組成。電壓比較器采用LM393，它集成了四個比較器。采集熱光源信號的主要目的是，通過判斷四路熱光源信號（高低電平）來控制電動車的運(yùn)動方向。當(dāng)左路采集到信號時（即為低電平0）電動車左轉(zhuǎn)；當(dāng)中左路或者中右路采集到信號時，電動車直走；當(dāng)右路采集到信號時電動車右轉(zhuǎn)。此電路通過尋找熱光源，將熱光源信號轉(zhuǎn)換成電動車控制信號，從而達(dá)到找到熱光源。\D8^phcTOR9RES2ID7HOTO\D6\^TPhcR10RES2R13POT2R14NDOUTLOUT2—3—4\D8^phcTOR9RES2ID7HOTO\D6\^TPhcR10RES2R13POT2R14NDOUTLOUT2—3—4—5—6-—7OUT2OUT1VCCIN1-IN1+IN2-IN2+OUT3OUT4GNDIN4+IN4-IN3+IN3-4^OUT34^OUT442J1098TOD9PHOTOLM339RES2R11R16POT2R12RES2R15POT圖5四路熱光源信號采集電路圖2.2聲音信號采集電路如圖6所示，聲音信號采集電路有麥克風(fēng)（駐極話筒）、帶通濾波電路和電壓放大電路組成。麥克風(fēng)（駐極話筒）將聲音信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，轉(zhuǎn)換后的電壓信號經(jīng)帶通濾波放大器，選出音頻范圍信號20HZ--20KHZ的語音信號，帶通濾波放大器又作為前置放大器使用。音頻信號經(jīng)前置放大后再進(jìn)行一次電壓放大，得到所需的穩(wěn)定的語音信號。聲音信號經(jīng)10位串行A/Dtlc1549采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到主控器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。圖6聲音信號采集電路圖2.3停車信號采集電路方案一：采用紅外對管對火焰的紅外光強(qiáng)進(jìn)行檢測，將光強(qiáng)電壓信號和參考電壓相比較，獲得一個脈沖信號，在適當(dāng)?shù)木嚯x停車。

方案二：利用超聲波，對消防車和火焰處進(jìn)行距離測量。超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。方案一的優(yōu)越性是能夠精確地，在離火災(zāi)合適的地方給主控器發(fā)送停車信號。但火勢大小即熱光源強(qiáng)度會對其產(chǎn)生一些誤差。方案二測量精度高，速度快，可靠性強(qiáng)，但不太適合火災(zāi)測距，不能精確地測出消防車離火災(zāi)點(diǎn)（火焰）的距離。經(jīng)比較該模塊設(shè)計采用方案一，電路由st178紅外對管和電壓比較器lm311構(gòu)成。工作原理如下：如果圖7所示，紅外對管是由紅外發(fā)射管和紅外接收管組成（或者也可以只由紅外接收管組成）。通過紅外接收管，對紅外光強(qiáng)度進(jìn)行采集。當(dāng)接收管沒有接收到紅外光時，lm311的第3腳電壓約等于電源電壓，當(dāng)接收管接收到紅外光，并達(dá)到一定光強(qiáng)的時候，lm311的第3腳電壓與電壓比較器第2腳的參考電壓相比較，從而得到強(qiáng)度信號。通過調(diào)節(jié)RP2,得到靈敏度高，可靠性強(qiáng)的數(shù)字信號（高低電平）。2.4電機(jī)驅(qū)動電路如下圖8所示，是以L298為核心組成的電機(jī)驅(qū)動電路。采用專用芯片L298作為電機(jī)驅(qū)動芯片。L298是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298可以分別控制兩個直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。L298芯片是具有15個引出腳的多瓦數(shù)直插式封裝的集成子芯片。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。

2.5風(fēng)扇驅(qū)動電路和液晶顯示電路如圖9所示，電風(fēng)扇驅(qū)動電路由9015NPN型三極管和繼電器組成；液晶顯示電路由SIP16單排針座和亮度調(diào)節(jié)電位器組成。電風(fēng)扇驅(qū)動電路由單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號來控制9015三極管在截止和飽和兩種狀態(tài)下工作，從而控制繼電器（5V\220V）閉合和斷開。從而實(shí)現(xiàn)對電風(fēng)扇的控制。圖9電風(fēng)扇驅(qū)動電路圖和液晶顯示電路圖選用液晶1602作為顯示器件，電路簡單可靠。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。通過發(fā)送命令和發(fā)送所需要顯示字符的代碼，即可獲得所需顯示的字符。1602液晶顯示功能齊全，操作簡單。2.6電源電路方案一：通過變壓器降壓整流獲得5V直流電壓。電源是整個系統(tǒng)的能量來源，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。在本系統(tǒng)中單片機(jī)、液晶顯示電路等需要5V的直流電源，因此電路中選用集成穩(wěn)壓芯片7805。電路如圖10所示。變壓器220\18輸出18V的交流電壓，經(jīng)全橋整流后輸出直流電壓，再經(jīng)7805穩(wěn)壓得到所需的5V直流電壓。7805穩(wěn)壓芯片的最大輸出電流為1.5A，能夠滿足系統(tǒng)的要求，但變壓器笨重且和220V交流有連線，大大影響了電動車的正常工作。

方案二：采用蓄電池供電。采用蓄電池作為電源最大優(yōu)點(diǎn)是蓄電池可安裝在電動車上。它無需將充當(dāng)設(shè)備和蓄電瓶捆綁在一起，它們可以分離出來，當(dāng)蓄電池需要充電時，可通過連線將蓄電池充電。不需要充當(dāng)時，斷開連線。如圖11所示，只需一塊7805芯片就可得到所需的5V直流電壓，而且電路簡單可靠，滿足電5vGNDD?C10_78055vGNDD?C10_7805圖11電源電路2由方案比較可知，采用方案二可避免變壓器笨重和連線等問題，使電路更加簡單，操作更方便。提高了電路的穩(wěn)定性和安全性。因此采用方案二。2.7單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖12所示，主控芯片采用STC89c52單片機(jī)，單片機(jī)最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路和單片機(jī)串口下載電路組成。

VCCRXDTXD圖12單片機(jī)最小系統(tǒng)VCCGNDVCCRXDTXD圖12單片機(jī)最小系統(tǒng)VCCGND12MJ9■30PEU1 P1.0 °—EVCCP1.1STC9C52P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RSTP07P3.0EAP3.1-^LEP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.0—40-on39―38-373635343332O131on3029 02—JU072/26252524—23-—22-—2^2.7.1時鐘源電路單片機(jī)內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器。可以根據(jù)情況選擇6MHz、12MHz或24MHz等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。2.7.2復(fù)位電路單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。上電自動復(fù)位通過電容C1充電來實(shí)現(xiàn)。手動按鍵復(fù)位是通過按鍵將10k電阻與VCC接通來實(shí)現(xiàn)。2.7.3串口下載電路串口下載電路由MAX232芯片和DB9構(gòu)成。MAX232芯片是美國美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路。單片機(jī)中的UART和電腦串口RS232的區(qū)別僅在于電平的不同，電腦串口采用232電平，而單片機(jī)UART則采用TTL電平，RS232是UART的一種就意味著通信協(xié)議的格式是一樣的，只要電平統(tǒng)一了，單片機(jī)跟電腦串口就能進(jìn)行直接通信。因此采用RS-232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

3、軟件設(shè)計3.1stc89c52的定時/計數(shù)器編程的相關(guān)寄存器介紹3.1.1定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD定時器工作方式寄存器TMOD用于選擇定時器的工作方式，它的高4位控制定時器T1，低4位控制定時器T0。TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0其中：C/T為功能選擇位，當(dāng)C/T=1時為計數(shù)方式；當(dāng)C/T=0時為計數(shù)方式。M1M0：T/C工作方式定義位，具體定義方式如下表：M1M0工作方式方式說明00013位定時/計數(shù)器01116位定時/計數(shù)器102可自動重裝的8位定時/計數(shù)器113T0分為2個8位定時器，T1無此方式3.1.2定時器控制寄存器TCONTCON控制寄存器各位的定義如下:D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0其中：TFO（TF1）:為T0（T1）定時器溢出中斷標(biāo)志位。當(dāng)T0（T1）計數(shù)器溢出時，由硬件置位，并在允許中斷的情況下，發(fā)出中斷請求信號。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時，有硬件自動將該位清0.TR0（TR1）:運(yùn)行控制位。當(dāng)TRO（TR1）=1時啟動T0（T1）。該位由軟件進(jìn)行設(shè)置。IE1（IE0）：外部中斷1（外部中斷0）請求標(biāo)志位。當(dāng)外部中斷到來時，IE1（IE0）由硬件置位。當(dāng)響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向外部服務(wù)程序時由硬件將IE1（IE0）自動清0.IT1（IT0）:外部中斷請求1（0）觸發(fā)方式控制位。當(dāng)選擇電平觸發(fā)方式時，IT1（IT0）=0，此時INTx（x=1或0）為低電平有效；若選擇為邊沿觸發(fā)方式時，IT0（IT1）=1，INTx則為負(fù)跳變有效。3.1.3中斷允許控制寄存器IEIE控制寄存器各位的定義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0EA--ET2ESET1EX1ET0EX0IEEA:中斷允許控制位。ET2：定時器2中斷允許控制位。ES:串行中斷允許控制位EX1(EX0)：外部中斷1(外部中斷0)中斷允許控制位。ET1(ET0):定時器1(定時器0)中斷允許控制位。3.2系統(tǒng)軟件框圖設(shè)計如圖13所示為整個系統(tǒng)的軟件框圖，主要完成熱光源信號采集、聲音信號采集、電動車運(yùn)動方向控制、液晶顯示。當(dāng)MCU檢測到熱光源信號時，根據(jù)MCU根據(jù)四路不同的信號和聲音采集來的信號控制電動車不同的方向運(yùn)動。液晶顯示電路顯示時間計時。當(dāng)MCU沒有檢測到停車信號時，電動車返回到熱光源信號檢測子程序中去，直到電動小車靠近火焰時，MCU會接受到一個停車信號。此時停車，啟動電風(fēng)扇，將火撲滅。

4、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析整個系統(tǒng)電路由多個獨(dú)立的硬件模塊組合而成，有電源電路、熱光源采集模塊、聲音信號采集模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊等。首先對各個獨(dú)立的模塊進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試成功后結(jié)合軟件，對整機(jī)電路進(jìn)行測試。這樣結(jié)構(gòu)清晰，也比較容易發(fā)現(xiàn)問題所在，節(jié)約了大量調(diào)試時間，提高了調(diào)試效率。4.1熱光源信號采集電路調(diào)試熱光源采集電路分為四路，對四個方向的光強(qiáng)進(jìn)行采集。根據(jù)光強(qiáng)電壓轉(zhuǎn)換原理：光越強(qiáng)，則電壓越高；光強(qiáng)越弱，電壓越低。將熱光源信號采集模塊中的靈敏度調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。將蠟燭火焰靠近紅外接收二極管，調(diào)節(jié)對應(yīng)的參考電壓的可調(diào)電位器，使對應(yīng)輸出指示燈變亮（即接收到了熱光源信號，輸出低電平）。再不斷改變蠟燭與紅外接收二極管之間的距離，將檢測距離調(diào)節(jié)到最遠(yuǎn)時，達(dá)2.1米。此時靈敏度也最佳。但是在外界環(huán)境光比較強(qiáng)的地方，熱光源信號采集電路常出現(xiàn)錯誤判斷。數(shù)據(jù)記錄如下表1：測量輸出左路中左路中右路右路正確輸出左路中左路中右路右路測量101110111測量210011011測量31011101測量401101110表根據(jù)分析，外界光也有近紅外，當(dāng)紅外接收二極管暴露在外時，受外界紅外光的影響，產(chǎn)生錯誤判斷。解決的辦法是，將紅外接收二極管用直紙筒卷起來，防止外界環(huán)境影響。其它模塊電路出現(xiàn)的小問題比較容易解決，因?yàn)殡娐废鄬碚f簡單，方便調(diào)試。整體電路連接調(diào)試后，比較成功，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。從實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果分析可得，系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了熱光源信號的采集和電動車運(yùn)動方向的控制。4.2聲音信號采集調(diào)試聲音信號信號采集電路濾去了低于20HZ以下和20KHZ以上的頻率信號，將頻帶范圍20HZ——20KHZ的音頻信號進(jìn)行放大，經(jīng)AD進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得聲音強(qiáng)度數(shù)據(jù)。將麥克風(fēng)加上一個塑料管筒，原理和光強(qiáng)信號采集一樣。不同方向，采集的聲音強(qiáng)度信號不同。同一地點(diǎn)分別對五個方向點(diǎn)的聲音信號進(jìn)行強(qiáng)度測試，測試結(jié)果如下表二所

示：聲音塑料筒方向ABCDE指向A點(diǎn)方向聲音強(qiáng)度電壓信號（V）2.311.591.361.431.25指向晚點(diǎn)方向音強(qiáng)度電壓信號（V）1.752.541.841.561.44指向^點(diǎn)方向音強(qiáng)度電壓信號（V）1.661.752.621.941.69指向。點(diǎn)方向音強(qiáng)度電壓信號（V）1.561.651.792.531.84指向￡點(diǎn)方向音強(qiáng)度電壓信號（V）1.621.651.892.12.61表二由上表可知，聲音塑料管指向不同的方向，采集到的信號電壓就不一樣。當(dāng)采集的信號電壓最大時，可知聲源點(diǎn)就是聲音塑料管指向的方向；從而可以確定聲源的方向。4.3整機(jī)調(diào)試整機(jī)電路調(diào)試步驟是：1、 對各模塊進(jìn)行測試2、 測試各模塊接口電壓是否匹配3、 將軟件程序下載到主控器進(jìn)行初步測試，確認(rèn)各模塊配合正常工作4、 整機(jī)性能測試尋找熱光源占土/主旦豆隹聲曰信號采集著火點(diǎn)人物判斷撲火第一次測試成功失敗失敗成功第二次測試成功成功成功失敗第三次測試成功成功成功成功第四次測試成功成功成功成功測試結(jié)果分析:第一次測試：聲音采集后方向判斷失敗導(dǎo)致著火點(diǎn)判斷失?。恢饕蚴锹曇羲芰瞎芴?，麥克風(fēng)采集的聲音強(qiáng)度脈沖過窄，主控器無法判斷。第二次測試：無法撲滅火焰，其關(guān)鍵因素是停車距離控制不合適，另外風(fēng)扇風(fēng)力不足導(dǎo)致。但其不影響研究原理及其意義。經(jīng)調(diào)試后效果得以改善，并能順利完成撲火任務(wù)。結(jié)論本系統(tǒng)設(shè)計了熱光源信號采集模塊、停車信號采集模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊等。設(shè)計過程中對各模塊獨(dú)立調(diào)試，使各模塊能獨(dú)立工作。在設(shè)計單片機(jī)外圍接口問題上，使各模塊的接口與單片機(jī)接口兼容。本文給出了系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程、系統(tǒng)調(diào)試過程、系統(tǒng)結(jié)果分析及解決方法，最終實(shí)現(xiàn)了熱光源信號采集和電動車運(yùn)動控制和計時功能。經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，尤其是在調(diào)試過程中我遇到了模擬電路設(shè)計中一些常見的干擾問題和接口兼容問題，通過對這些問題的研究和實(shí)驗(yàn)，加深了對模擬電路設(shè)計的一些基本原則和必須考慮得外部因素等。參考文獻(xiàn)【1】張毅坤、陳善久、裘雪紅編著單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社,1997年【2】孟立凡、藍(lán)金輝主編.傳感器原理及應(yīng)用電子工業(yè)出版社,2007年【3】閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社，1998年【4】華成英、童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社2001年【5】黃智偉編著.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽一電路設(shè)計，北京航空航天大學(xué)出版社，2006【6】戴仙金主編.51單片機(jī)及其C語言程序開發(fā)實(shí)例，清華大學(xué)出版社，2008【7】譚浩強(qiáng)《C程序設(shè)計》.北京：清華大學(xué)出版社，1999.12【8】戴伏生.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實(shí)踐.國防工業(yè)出版社,2002年【9】王煜東.《傳感器應(yīng)用技術(shù)》[M]西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2006.06【10】李廣弟等.《單片機(jī)基礎(chǔ)》[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.7.【11】全國大學(xué)生電子設(shè)計組委會[J].《全國電子設(shè)計大賽獲獎作品匯編》.北京:北京理工大學(xué)出版社,2004.【12】卿太全.《傳感器應(yīng)用電路集萃》[M].北京:中國電力出版社.2008.04【13】孫立志.《PWM與數(shù)字化電動機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用》[M]北京:中國電力出版社,2008.01【14】WayneLabs.Levelmeasurement:PressuremethodsDominate[J].I&CS,1990,(2):37-38.【15】V.E.SakharovS.A.KuznetsovB.D.ZaitsevI.E.KuznetsovaandS.G.Joshi.LiquidlevelsensorusingultrasonicLambwaves.Ultrasonics[M],2003,41(4):319-322.【16】Stc89c51單片機(jī)官方數(shù)據(jù)手冊附錄附錄A：系統(tǒng)總體電路圖F71L1 -卻103idiOB峙（3VDD^D121DIODE2n313~14OU12OTJ21OUT2OUT3OUT1OUT4VCCGNDIN1-IN4+IN1+IN4-IN2-IN3+IN2+—IN3-14OUT31^OUT4P1.0U1STC89C52VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RSTP07P3.0EAP3.1ALEP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1-GND— P20-液晶顯示電路圖電機(jī)驅(qū)動電路圖電源電路圖VCC聲音信號采集電路附錄B：主程序代碼/********************************************************//***********畢業(yè)設(shè)計：智能消防電動車設(shè)計與制作***********//&&&&&&&&&&&&&&&&&&&27~L2_LHy.AAAQ-[/&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&//*******************設(shè)計者：二銀飛***********************//********************2009年12月25日**********************//********************************************************/#include<reg52.h>#include<lcd1602.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitm