智能滅火小車論文

隊(duì)名：flying成員：譚龍江熊俊斐袁瑞應(yīng)指導(dǎo)老師：王學(xué)軍朱衛(wèi)紅田鳳2012年5月12日目錄6847一、設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)要求-3-24791.1原理分析-4-44881.2軟件分析-5-125311.3制作與調(diào)試-5-20223二、方案設(shè)計(jì)與論證-6-236522．1直流調(diào)速系統(tǒng)-6-103092.2超聲波探測(cè)器電路的設(shè)計(jì)-7-103412.3滅火局部設(shè)計(jì)-9-319812.4電源局部設(shè)計(jì)-9-16395三、硬件電路設(shè)計(jì)-9-138903.1AT89S52單片機(jī)資源分配-9-204403.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路-10-75773.3電源局部-11-305283.4火焰?zhèn)鞲衅麟娐?12-108103.5火焰探測(cè)器分布-12-305693.6風(fēng)扇控制電路-13-11188四、軟件設(shè)計(jì)-14-4286五、總電路圖如下：-16-7051六、調(diào)試與結(jié)果分析-16-20050七、總結(jié)-17-31141參考文獻(xiàn)-17-13605主程序-19-28904附件-30-摘 要本次設(shè)計(jì)CPU采用Atmel公司的AVR系列單片機(jī)中的At89S52。完成的是學(xué)校組織的第四屆電子設(shè)計(jì)大賽。完成的作品根本功能要求在規(guī)定的場(chǎng)地中盡快尋找到火源，然后在盡可能短的時(shí)間內(nèi)作出滅火動(dòng)作。本作品使用AVR產(chǎn)生PWM波,控制小車的直流電動(dòng)機(jī)，利用火焰探測(cè)器找到火源，利用超聲波探測(cè)距離，使得小車能夠到達(dá)蠟燭相應(yīng)的位置停止，驅(qū)動(dòng)電風(fēng)扇從而吹滅蠟燭。關(guān)鍵詞:At89S52智能小車火焰探測(cè)器超聲波探測(cè)器電風(fēng)扇智能滅火小車一、設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)要求此次比賽的場(chǎng)地如下列圖1所示，圖中的H區(qū)為小車的起始地區(qū)域，蠟燭在圖中正方形的區(qū)域內(nèi)，車頭方向車頭方向如圖，小車從車庫(kù)出發(fā)，自動(dòng)尋找放置在正中間的蠟燭，并用小車上的電風(fēng)扇吹滅蠟燭。擴(kuò)展：1、吹滅放置在任意位置的蠟燭2、吹滅放置在任意位置的多根蠟燭1.1原理分析電路主要由無(wú)線接收電路、單片機(jī)控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成。為了降低學(xué)生實(shí)際操作的難度，方便調(diào)試，無(wú)線高頻電路采用了現(xiàn)成的315MHz超再生接收模塊，而對(duì)編、解碼電路，那么采用的是市面上遙控電路中較為常用的2262/2272，關(guān)于這對(duì)電路的詳細(xì)資料，可看一下本公司網(wǎng)站的相關(guān)介紹。單片機(jī)控制電路主要將接收到的無(wú)線電控制信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，然后控制電機(jī)電路執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。無(wú)線電控制信號(hào)由2272進(jìn)行解碼，從10--13腳四個(gè)數(shù)據(jù)位送出，單片機(jī)根據(jù)這四位數(shù)據(jù)組合，進(jìn)行控制信號(hào)的識(shí)別。2272電路的17腳為解碼有效輸出端，與單片機(jī)的7腳相連，當(dāng)遙控信號(hào)被正確解碼后，這個(gè)腳就輸出高電平，當(dāng)遙控信號(hào)撤消后，此腳便輸出低電平，在進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)這個(gè)電壓變化來(lái)判斷是否收到有效的無(wú)線控制信號(hào)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路那么通過(guò)控制輸入電機(jī)兩端的電壓極性以到達(dá)控制電機(jī)轉(zhuǎn)向的目的，通過(guò)單片機(jī)四個(gè)輸出引腳輸出不同的低電平值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)電壓轉(zhuǎn)向的控制。但是有一點(diǎn)需要編程時(shí)注意，對(duì)同一個(gè)電機(jī)的兩個(gè)控制腳，千萬(wàn)不能同時(shí)輸出低電平，這樣電時(shí)機(jī)被短路，容易損壞三極管。1.2軟件分析由于無(wú)線電信號(hào)的解碼采用了專用集成電路來(lái)處理，使得制作者對(duì)單片機(jī)軟件的編制變得比擬簡(jiǎn)單，主要編程邏輯為：判斷是否收到無(wú)線信號(hào)→讀取四位數(shù)據(jù)→根據(jù)不同的數(shù)據(jù)，執(zhí)行不同的動(dòng)作?；?.3制作與調(diào)試電子元器件安裝只要按線路板上所標(biāo)，都可以正確安裝，制作中一般常容易出錯(cuò)的就是讀色環(huán)電阻錯(cuò)誤，造成電阻安裝錯(cuò)誤，安裝好后的元件面如圖：圖2小車硬件二、方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)設(shè)計(jì)的目的與要求，經(jīng)過(guò)討論我們一致選定左手法那么，即小車一直延左旋轉(zhuǎn)，直到火焰探測(cè)器探測(cè)到蠟燭，再利用超聲波探測(cè)器檢測(cè)小車到火源的距離。因此設(shè)計(jì)的小車要求能夠及時(shí)調(diào)節(jié)前進(jìn)的方向，順利找到火源。2．1直流調(diào)速系統(tǒng)鑒于價(jià)格和功能的考慮，我們選擇了直流電機(jī)，通過(guò)PWM控制小車的速度以及方向。電機(jī)驅(qū)動(dòng)局部有以下兩種方案:方案一:使用MOSFET構(gòu)成H橋式驅(qū)動(dòng)電路，利用PWM波形來(lái)控制小車的速度，再用單片機(jī)兩個(gè)I/O口控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，此電路驅(qū)動(dòng)功率比擬大，小車的轉(zhuǎn)速比擬快。方案二：使用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)小車的電機(jī)。L298N作為集成芯片，一塊芯片能夠輸出兩路PWM波形，控制兩個(gè)電機(jī)，相對(duì)于由MOSFET構(gòu)成的H橋式驅(qū)動(dòng)電路來(lái)說(shuō)具有電路焊接簡(jiǎn)單，焊接完成后易出過(guò)失的缺點(diǎn)。二者價(jià)格上差異不大，所以我們優(yōu)先選擇了方案一。圖3H橋驅(qū)動(dòng)電路2.2超聲波探測(cè)器電路的設(shè)計(jì)為了能夠使小車快速地找到火源所在的房間，就要求避障系統(tǒng)比擬靈敏，遇到障礙物迅速躲避，對(duì)于避障電路有以下三種方案：方案一：使用紅外開(kāi)關(guān)管ST168來(lái)避障方案二：使用光電開(kāi)關(guān)E3F3-DS5ON1方案三：使用超聲波探測(cè)距離電路模塊由于ST168的探測(cè)距離太近，而小車的速度不能太慢，ST168那一系列的紅外開(kāi)關(guān)管不能夠滿足要求。方案二中的光電開(kāi)關(guān)，探測(cè)距離只能夠到達(dá)1m，而超聲波電路探測(cè)距離能夠到達(dá)2m，而且抗干擾能力比擬強(qiáng)，因此方案三成為了最正確選擇。圖4超聲波模塊圖4超聲波模塊2.3滅火局部設(shè)計(jì) 最后小車找到火源,用什么方法來(lái)滅火,最直接的方法是用風(fēng)扇,而這也是最有可能實(shí)現(xiàn)的方法。定下的方案是用單片機(jī)控制風(fēng)扇，當(dāng)小車距蠟燭10cm的位置停止時(shí)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇開(kāi)始旋轉(zhuǎn)滅火。火滅之后，風(fēng)扇再停止。2.4電源局部設(shè)計(jì)電源局部，可以使用幾節(jié)5號(hào)電池串聯(lián)，長(zhǎng)時(shí)間供電，為電機(jī)和風(fēng)扇供電，產(chǎn)生5V的直流電壓，為電路中的各個(gè)芯片提供工作電壓。三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1AT89S52單片機(jī)資源分配此次設(shè)計(jì)主要使用了At89S52芯片的I/O口用于檢測(cè)外部傳感器的信，TC1用來(lái)產(chǎn)生兩路PWM波，引腳使用情況如下表：圖5單片機(jī)資源分配3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)小車的電機(jī)，電路圖如下：3.3電源局部圖6電源3.4火焰?zhèn)鞲衅麟娐房梢詸z測(cè)火焰或者波長(zhǎng)在760納米～1100納米范圍內(nèi)的光源探測(cè)角度60度左右，對(duì)火焰光譜特別靈敏靈敏度可調(diào)，性能穩(wěn)定工作電壓5V，數(shù)字量模擬量雙輸出。滅火小車必備部件輸出相應(yīng)的信號(hào)。光電開(kāi)關(guān)有三根引出線，棕色接電源正極，蘭色接電源負(fù)極，黑色為信號(hào)輸出端，送給單片機(jī)，使單片機(jī)作出相應(yīng)的判斷，從而控制小車作出正確的動(dòng)作?？梢詸z測(cè)火焰或者波長(zhǎng)在760納米～1100納米范圍內(nèi)的光源探測(cè)角度60度左右，對(duì)火焰光譜特別靈敏靈敏度可調(diào)，性能穩(wěn)定工作電壓5V，數(shù)字量模擬量雙輸出。救火機(jī)器人必備部件注意：火焰?zhèn)鞲衅髦皇菍?duì)火焰最敏感，對(duì)普通光也是有反響的采用模擬量輸出方式和AD轉(zhuǎn)換處理，可以獲得更高的精度注意：傳感器與火焰要保持一定距離，以免高溫?fù)p壞傳感器端口說(shuō)明：DO為數(shù)字量輸出，AO為模擬量輸出。設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝3.5火焰探測(cè)器分布這次設(shè)計(jì)使用了三個(gè)火焰探測(cè)器，其分布如下列圖所示：圖7傳感器分布傳感器這樣分布之后，只要前面或者前面和左邊同時(shí)沒(méi)檢測(cè)到火焰時(shí)，小車立即左轉(zhuǎn)，而當(dāng)小車檢測(cè)到火焰時(shí)小車向火焰方向?qū)づ?，如此，小車可以比擬順利地跑到蠟燭相應(yīng)位置。3.6風(fēng)扇控制電路面風(fēng)扇的控制使用三極管和接地電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)檢測(cè)到三根白線以后，單片機(jī)的PD0口送出高電平，使得電風(fēng)扇的一路開(kāi)關(guān)閉合，風(fēng)扇開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，電路圖如下。圖8風(fēng)扇控制電路圖上圖中1，2兩引腳接風(fēng)扇的兩端，當(dāng)檢測(cè)到了三條白線時(shí)，PD0輸出高電平，三極管導(dǎo)通，此時(shí)電磁繼電器的開(kāi)關(guān)打到另外的端口，風(fēng)扇開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。四、軟件設(shè)計(jì)圖9軟件流程圖圖10測(cè)距流程圖五、總電路圖如下：圖11總電路圖六、調(diào)試與結(jié)果分析小車第一次在尋找蠟燭時(shí)，由于電池電量缺乏沒(méi)能成功，后來(lái)使用的是假設(shè)干節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組構(gòu)成的電源，為整個(gè)電路供電。但是小車的電機(jī)承受尖峰電流的能力太弱，所以燒壞了一塊單片機(jī)，只能降低PWM占空比，然后再進(jìn)行調(diào)試。在正式火焰探測(cè)時(shí)，車底盤上的傳感器靈敏度太高，剛剛從出發(fā)點(diǎn)出發(fā)就顯示檢測(cè)到火焰，開(kāi)始進(jìn)行滅火動(dòng)作，后來(lái)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)傳感器靈敏度，經(jīng)過(guò)調(diào)整后小車能夠完成根本功能。同時(shí)單片機(jī)能夠控制小車當(dāng)下執(zhí)行的操作。七、總結(jié)這次比賽從3月下旬開(kāi)始正式籌劃，從買元件，模型再到焊接電路，組裝小車，中間出現(xiàn)了諸多讓人意料不到的事情，最開(kāi)始的第一個(gè)模型車體太小，裝上風(fēng)扇以后重心不好平衡，硬件電路根本沒(méi)有問(wèn)題，但是小車的電機(jī)總是出現(xiàn)一些這樣或那樣的問(wèn)題，最終第一輛小車的兩個(gè)電機(jī)差速過(guò)大，很不好調(diào)節(jié)兩輪的PWM占空比，從而使小車轉(zhuǎn)過(guò)固定的角度，或者使小車走直線，無(wú)奈之下只好再尋一輛車模。真正的硬件焊接時(shí)間并沒(méi)有幾天，大局部時(shí)間都花在了小車調(diào)試及編程軟件上面，小車的控制總是出現(xiàn)問(wèn)題，所以這也讓我們有了一個(gè)教訓(xùn)，下次再做智能小車時(shí)，編程軟件一定要選好。通過(guò)這次智能小車的制作，我們將AVR系列單片機(jī)的資源以及一些根本功能掌握地比擬牢固，另外在模塊化編程方面也有了上些心得體會(huì)，有了一定的收獲。參考文獻(xiàn)1.童詩(shī)白主編．模擬電子技術(shù)根底〔第三版〕．北京：高教出版社，20012．劉冰茹主編·現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)踐課程指導(dǎo)·北京：機(jī)械工業(yè)出版社·20033．王玉鳳主編·電路設(shè)計(jì)與仿真·北京：清華大學(xué)出版社·20054．謝自美主編·電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試〔第三版〕·武漢：華中科技大學(xué)出版社·20005．羅杰·電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)·北京:電子工業(yè)出版社·20086．楊剛·電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐·北京：電子工業(yè)出版社·20047．于衛(wèi)·模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及綜合實(shí)訓(xùn)教程·武漢：華中科技大學(xué)出版社·20088．陳兆仁·電子技術(shù)根底實(shí)驗(yàn)研究與設(shè)計(jì)·北京：電子工業(yè)出版社·2000單片機(jī)原理及C51開(kāi)發(fā)技術(shù)主程序#include<reg51.h> //器件配置文件#include<intrins.h>sbittrig=P3^6;sbitecho=P3^7;unsignedinttime=0;unsignedinttimer=0;unsignedintt=0;unsignedcharposit=0;unsignedlongS=0;bitflag=0;unsignedcharconstdiscode[]={0x28,0x7E,0xA2,0x62,0x74,0x61,0x21,0x7A,0x20,0x60,0xff/*-*/};unsignedcharconstpositon[3]={0xf7,0xef,0xdf};unsignedchardisbuff[4]={0,0,0,0,};sbitL1=P3^0;sbitL2=P3^1;sbitL3=P3^2;sbitfan=P3^3;//風(fēng)扇sbitPWM1=P0^0;sbitPWM2=P0^1;sbitPWM3=P0^2;sbitPWM4=P0^3;sbitzuod=P0^4;//左轉(zhuǎn)指示燈sbityoud=P0^5;//右轉(zhuǎn)指示燈/****************************延時(shí)1MS*************************/voiddelay1ms(intms){unsignedinti,j;for(i=0;i<ms;i++)for(j=0;j<100;j++);}voidgo1(void){PWM1=0;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=0;zuod=1;youd=1;}//小車前進(jìn)//voidgo(void){PWM1=0;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=0;zuod=1;youd=1;delay1ms(100);PWM1=1;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=1;delay1ms(100);}//小車停止//voidstop(void){PWM1=1;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=1;zuod=1;youd=1;delay1ms(100);PWM1=1;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=1;delay1ms(100);}//小車左轉(zhuǎn)///voidleft(void){PWM1=1;PWM2=0;PWM3=1;PWM4=0;zuod=0;youd=1;delay1ms(100);PWM1=1;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=1;delay1ms(100);}//小車右轉(zhuǎn)//voidright(void){PWM1=0;PWM2=1;PWM3=0;PWM4=1;zuod=1;youd=0;delay1ms(100);PWM1=1;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=1;delay1ms(100);}//小車大左轉(zhuǎn)//voiddleft(void){PWM1=0;PWM2=0;PWM3=1;PWM4=0;zuod=0;youd=1;delay1ms(100);PWM1=1;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=1;delay1ms(100);}//小車大右轉(zhuǎn)//voiddright(void){PWM1=0;PWM2=1;PWM3=0;PWM4=0;zuod=1;youd=0;delay1ms(100);PWM1=1;PWM2=1;PWM3=1;PWM4=1;delay1ms(100);}/********************************************************/voidDisplay(void) //掃描數(shù)碼管 { if(posit==0) {P1=(discode[disbuff[posit]])&0x7f;} else {P1=discode[disbuff[posit]];} P2=positon[posit]; if(++posit>=3) posit=0; }/********************************************************/voidConut(void) { time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(time*1.7)/100;//算出來(lái)是CM if((S>=700)||flag==1)//超出測(cè)量范圍顯示“-” { flag=0; disbuff[0]=10; //“-” disbuff[1]=10; //“-” disbuff[2]=10; //“-” } else { disbuff[0]=S%1000/100; disbuff[1]=S%1000%100/10; disbuff[2]=S%1000%10%10; } }/********************************************************/voidzd0()interrupt1 //T0中斷用來(lái)計(jì)數(shù)器溢出,超過(guò)測(cè)距范圍{flag=1; //中斷溢出標(biāo)志}/********************************************************/voidzd3()interrupt3 //T1中斷用來(lái)掃描數(shù)碼管和計(jì)800MS啟動(dòng)模塊{ TH1=0xf8; TL1=0x30; Display(); timer++; if(timer>=20) { timer=0; trig=1; //800MS啟動(dòng)一次模塊 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); trig=0; } }/*********************************************************/ voidmain(void){TMOD=0x11; //設(shè)T0為方式1，GATE=1； TH0=0; TL0=0; TH1=0xf8; //2MS定時(shí) TL1=0x30; ET0=1;//允許T0中斷 ET1=1; //允許T1中斷 TR1=1; //開(kāi)啟定時(shí)器 EA=1;