智能滅火小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智能滅火小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要隨著人類(lèi)文化的發(fā)展，越來(lái)越多的自然災(zāi)害降臨人間，火災(zāi)已嚴(yán)重威脅人類(lèi)的生命，為此人類(lèi)發(fā)明智能機(jī)器人（小車(chē)）去代替我們從事危險(xiǎn)工作。所以人們開(kāi)始重視研究智能生命的運(yùn)用。此設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)制作了一款通過(guò)紅外光電傳感器檢測(cè)路徑信息、紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)火源的智能尋跡滅火小是運(yùn)用51單片機(jī)為控制系統(tǒng)。加以電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、超聲波傳感器、滅火風(fēng)扇以及其他電路等構(gòu)成。電源電路能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供所需要的工作電源，循跡和避障由光電對(duì)管完成，用超聲波傳感器感受的火源的所在方位，能夠動(dòng)作迅速且準(zhǔn)確的找到位置，風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)扇，最后達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)滅火的目的。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，小車(chē)，引導(dǎo)控制，傳感器Thedesignofthefire-fightingrobortAbstractConfrontedwithsomanybadworkingenvironment(suchasfirefighting,rescueetc),inordertoeffectivelyavoidcasualties,needtouseintelligentgobycarscenetocompleterelevanttasks.Therefore,theresearchanddevelopmentofintelligentcarguidecontrolsystemhastheextremelyvitalsignificance.ThissystemusesSTC89C51asthecorecontrolchip,designandmakeanewelectricsensordetectionbyinfraredsensorinformation,infraredflamepathofintelligenttracingtestfireextinguishingcar.Thesystemiscomposedofsingle-chipmicrocomputercontrolmodule,tracingsensormodule,drivemotormodule,ignitionsensormodule,fanmodule,powersupplymodule.Thepracticalapplicationindicatesthatthecarcanbeinaspeciallydesignedfieldonfire,torealizetheindependentfoundautonomousrecognitionroute,independentsourcesandmarchingclosetothefireextinguishing,finallycompletetask.Keywords: Microcontroller,Car,Controlsystem,Sensors目錄1緒論 11.1論文研究目的及意義 11.2本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑） 12方案設(shè)計(jì)與論證 32.1.1設(shè)計(jì)要求 32.1.2創(chuàng)新設(shè)計(jì) 42.2總體設(shè)計(jì)方案 42.3小車(chē)的方案設(shè)計(jì)與論證 52.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊的選定 52.5單片機(jī)控制模塊的選定 62.6火源傳感器模塊的選定 62.7風(fēng)扇模塊的選定 72.8電源模塊的選定 72.9最終方案 83硬件設(shè)計(jì) 93.1系統(tǒng)工作原理及功能簡(jiǎn)介 93.2電路模塊簡(jiǎn)介 93.3電源 223.3紅外尋跡傳感器 223.4采用PWM調(diào)速的直流電機(jī) 243.4.1PWM的簡(jiǎn)介 243.4.2H型電機(jī)驅(qū)動(dòng) 243.4.3小車(chē)原理圖 253.5紅外火焰?zhèn)鞲衅?263.6風(fēng)扇模塊 273.7智能小車(chē)整體設(shè)計(jì) 283.7.1CPU引腳的設(shè)定 283.7.2整體設(shè)計(jì) 294軟件設(shè)計(jì) 314.1智能滅火小車(chē)系統(tǒng)總體流程 314.2程序流程圖 324.3部分功能代碼 345測(cè)試結(jié)果與總結(jié) 395.1測(cè)試結(jié)果 395.2總結(jié) 39參考文獻(xiàn) 41致謝 43附錄 451緒論1.1論文研究目的及意義就現(xiàn)在而言由于環(huán)境的破壞自然災(zāi)害不斷，火災(zāi)，地震，海嘯等頻頻不斷。有些是人力可以解決的，而有些卻是人類(lèi)無(wú)能為力的。人們想到了用智能機(jī)器人來(lái)代替人類(lèi)去完成一些危險(xiǎn)的工作?，F(xiàn)如今，由于人們重視科學(xué)文化所以科技也是發(fā)展很快，就近而言智能小車(chē)這個(gè)課題在很多院校和電子比賽中很受歡迎，可見(jiàn)其研究意義的重大。智能小車(chē)應(yīng)用的范圍是很廣泛，比如，軍事偵察和環(huán)境探測(cè)、探測(cè)危險(xiǎn)與排除險(xiǎn)情、安全檢測(cè)與受損評(píng)估和智能家居等?；馂?zāi)是三大自然災(zāi)害之一，消防人員總是沖到第一線(xiàn)，所以為了降低其危險(xiǎn)程度智能滅火小車(chē)從而產(chǎn)生。智能滅火小車(chē)主要是由單片機(jī)進(jìn)行控制的，單片機(jī)的用途有很多，應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，工業(yè)，航空等等。智能尋跡滅火小車(chē)的控制系統(tǒng)我主要是運(yùn)用，方便簡(jiǎn)單易操作的51單片機(jī)。至于硬件部分則是用：驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、尋跡傳感器模塊、單片機(jī)控制模塊、火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊。該設(shè)計(jì)流程由51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)從而進(jìn)行控制執(zhí)行指令，用溫度傳感器進(jìn)行探測(cè)搜索信號(hào)傳遞給單片機(jī)同時(shí)用PWM直流電機(jī)控制速度，小車(chē)是本體，滅火我則選擇了風(fēng)扇作為滅火方式。1.2智能小車(chē)的現(xiàn)狀和前景目前，國(guó)內(nèi)外的許多大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)投入大量的人力、財(cái)力和物力進(jìn)行對(duì)智能機(jī)器人的研究，而智能小車(chē)又是智能機(jī)器人的典型代表，因此，對(duì)智能小車(chē)的研究也是很火熱的。在技術(shù)時(shí)代的發(fā)展過(guò)程中，智能小車(chē)在人類(lèi)的生活和技術(shù)領(lǐng)域中會(huì)占據(jù)一席之地且越來(lái)越重要。智能小車(chē)的發(fā)展背景自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的民展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人工作的機(jī)器一直是人類(lèi)的夢(mèng)想。其中智能小車(chē)可以作為機(jī)器人的典型代表。其需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線(xiàn)和障礙物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線(xiàn)，選擇正確的行進(jìn)路線(xiàn)，使用傳感器感知路線(xiàn)并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。智能小車(chē)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)涉及控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、汽車(chē)電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科。它可以分為三大部分：傳感器檢測(cè)部分，執(zhí)行部分，CPU。現(xiàn)智能小車(chē)發(fā)展很快，從智能玩具到各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果，其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、檢測(cè)貼片，尋光入庫(kù)等基本功能，有向聲控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。比較出名的飛思卡爾智能小車(chē)更是走在前列，我們此次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)避障滅火這一個(gè)功能。2方案設(shè)計(jì)與論證2.1任務(wù)要求2.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)制作一個(gè)只能滅火小車(chē)的滅火場(chǎng)景模式如圖2.1所示。圖2.1模擬滅火場(chǎng)地示意圖2.1.2設(shè)計(jì)要求1.當(dāng)小車(chē)收到信號(hào)啟動(dòng)后，小車(chē)可以自己找到火源的位置。2.當(dāng)小車(chē)撲滅火源后它可以自動(dòng)檢測(cè)周?chē)遣皇沁€有其它的火源。3.如果小車(chē)找到火源就繼續(xù)滅火，如果沒(méi)有火源那就就停止工作。2.1.3創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.小車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)比較合理恰當(dāng)，各個(gè)功能模塊分別可以規(guī)劃自己空間位置擺放。2．小車(chē)所需的電力電子器件，車(chē)身，風(fēng)扇電機(jī)等都是參考實(shí)際價(jià)格買(mǎi)的。3．滅火小風(fēng)扇我是采用三極管放大電路進(jìn)行供電的，它可以使電機(jī)的轉(zhuǎn)速率得到最大的提高。2.2總體設(shè)計(jì)方案總體方案為：整個(gè)電路分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊（Drivemotormodule）、單片機(jī)控制模塊（Single-chipmicrocomputercontrolmodule）、火源傳感器模塊（Firesensormodule）、風(fēng)扇模塊（Thefanmodule）、電源模塊（Powersupplymodule）五個(gè)模塊。第一路信號(hào)，利用紅外探測(cè)，火源傳感器檢測(cè)火災(zāi)信號(hào)源的使用，處理后的兩個(gè)信號(hào)，單片機(jī)控制模塊的實(shí)時(shí)運(yùn)算，輸出相應(yīng)的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制整個(gè)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)方案框圖如下圖2.2。圖2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖2.3小車(chē)的方案設(shè)計(jì)與論證方案1：小車(chē)車(chē)身自己制作裝配合適的電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，自制的探測(cè)器，并用開(kāi)發(fā)板為控制驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。但如果是自己做的小車(chē)，車(chē)體是比較粗糙的，車(chē)體的重量，平衡，還有小車(chē)電路設(shè)計(jì)，這些都是很難很好的實(shí)現(xiàn)。方案2：購(gòu)買(mǎi)的電車(chē)都帶有車(chē)輪和車(chē)架,甚至是一個(gè)完整的小車(chē)裝配和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板比較方便。使用自制的檢測(cè)器或購(gòu)買(mǎi)完整的檢測(cè)模塊,并使用開(kāi)發(fā)板來(lái)控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)。特殊工具裝配緊湊,所需的電路安裝非常方便,看起來(lái)更漂亮。此外,由于特殊的電動(dòng)機(jī)裝配完成后,電機(jī)驅(qū)動(dòng),它消除了電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)難的問(wèn)題。鑒于以上2種方案的比較，我最后選擇方案2。2.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊的選定方案1：采用步進(jìn)電機(jī)作為系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)散步到性能確定性地偏轉(zhuǎn)方向控制和實(shí)施，并能準(zhǔn)確測(cè)量速度，距離和時(shí)間，簡(jiǎn)化了編程和硬件連接的工作量。但對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出為低，隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小，在高轉(zhuǎn)速時(shí)急劇下降，轉(zhuǎn)速低，不適用于汽車(chē)有一定速度系統(tǒng)等。方案2：一般情況下直流控制的驅(qū)動(dòng)電機(jī)比較容易控制只用適當(dāng)?shù)碾妷嚎刂凭€(xiàn)路電機(jī)就能轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的速度和電壓成正比。正負(fù)極的變化從而容易改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，方便更換小車(chē)行駛的狀態(tài)。對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可通過(guò)改變電壓的方法，也可采用PWM控制方法。PWM調(diào)速進(jìn)行方波直流電機(jī)電壓的兩側(cè)，通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方波的占空比。與其它調(diào)速系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：1.因?yàn)镻WM的控制形式是數(shù)字控制，所以不需要模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。2.PWM能比較好的抵抗噪音3．小車(chē)中的電子元器件只有開(kāi)關(guān)兩種形式可以更好的減少能耗。4．因?yàn)樗鑼?shí)現(xiàn)功能少所以易操作。5．本身車(chē)速穩(wěn)定易調(diào)而且精度高。根據(jù)以上分析我們采用方案22.5單片機(jī)控制模塊的選定因?yàn)楸旧砦业脑O(shè)計(jì)的系統(tǒng)簡(jiǎn)單所以采用STC89C51單片機(jī)作為主控制芯片，該芯片有很大的儲(chǔ)存空間足夠我們使用，可以很容易地在線(xiàn)ISP下載程序，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)需求的軟件，芯片提供了兩個(gè)計(jì)數(shù)器中斷，足夠?yàn)檫@個(gè)工作系統(tǒng)，利用芯片各個(gè)模塊控制芯片更靈活的選擇，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算時(shí)間，具有良好的實(shí)時(shí)性能。和STC89C51的可擴(kuò)展性強(qiáng)，使用簡(jiǎn)單，靈活性高和低價(jià)格。我們直接使用STC89C51單片機(jī)作為主控制芯片。2.6火源傳感器模塊的選定方案1：使用兩個(gè)熱敏電阻作為傳感器的核心，但是在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)顯示出一定的距離氣溫變化卻很小，而熱敏電阻也幾乎沒(méi)變化。方案2：利用兩個(gè)光敏電阻為核心的傳感器，使用不同距離、不同光照強(qiáng)度，光敏電阻光敏性能能很好的把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，提供相關(guān)信號(hào)讓單片機(jī)判斷操作。我們發(fā)現(xiàn)，該方案具有很多缺點(diǎn)，抵抗外界干擾能力比較差，誤差也很大，不能準(zhǔn)確定位火源的位置。方案3：通過(guò)紅外接收二極管和紅外接收二極管的外部紅外光線(xiàn)的變化的電流的變化，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)反射0~1023內(nèi)的數(shù)字信號(hào)的范圍。外部紅外光越強(qiáng)，該值越小，根據(jù)值的變化來(lái)判斷紅外光線(xiàn)的強(qiáng)度，可大致相同的距離判別出火。紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕?lái)檢測(cè)火災(zāi)或其他的波長(zhǎng)在760nm到760nm范圍內(nèi)的熱源，60度角的檢測(cè)，近紅外波長(zhǎng)在940nm，最大靈敏度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果紅外干擾少的環(huán)境時(shí)，該方案能更精確地檢測(cè)火源的位置。鑒于以上3種方案的比較，我們選擇方案3。2.7風(fēng)扇模塊的選定我選擇的滅火方式是用小電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行滅火。這種方案有兩個(gè)子方案。方案1：采用芯片控制的方式，這種方式對(duì)于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不需要控制而且效率較低不能更好的減少能耗。方案2：對(duì)于三極管放大電路該方案電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，不僅可以減少道路上的不必要的麻煩，很多電傳動(dòng)效率大大提高，不僅如此，可維護(hù)性強(qiáng)，在失敗的情況下快速維修時(shí)間。為了保證在同一時(shí)間的穩(wěn)定性，可以采用多個(gè)并行的功率三極管的方法。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用了方案2。2.8電源模塊的選定在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)里我采用的電源其中單片機(jī)電壓為的5V，L298N芯片（L298Nchip）的電源5V電壓和電機(jī)的電源7-25V電壓。所以對(duì)于電源的選擇很重要必須是穩(wěn)定可靠的。方案1：采用UT-3W提供的電源方案為電機(jī)供電，采用UT-3W提供的電源接口為單片機(jī)提供電源。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便。方案2：采用干電池為整個(gè)系統(tǒng)中的電量來(lái)源，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變成驅(qū)動(dòng)電機(jī)和單片機(jī)所需的電壓。基于系統(tǒng)的穩(wěn)定性考慮，我選擇了方案2。2.9最終方案經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案：1．車(chē)體是購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用電動(dòng)車(chē)。2．采用STC89C51單片機(jī)作為控制核心。3．用干電池作為整個(gè)系統(tǒng)源能。4．火源傳感器的原理只用紅外接收管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。5．驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇模塊是用三極管放大電路（Transistoramplifiercircuit）實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示。圖2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)工作原理及功能簡(jiǎn)介本系統(tǒng)是采用51單片機(jī)來(lái)作為主控模塊，利用紅外傳感器進(jìn)行信號(hào)搜索然后傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理最后發(fā)出信號(hào)指令驅(qū)動(dòng)小車(chē)電機(jī)尋找火源，到達(dá)火源地點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)從而滅火。系統(tǒng)工作原理框圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)工作原理框圖3.2電路模塊簡(jiǎn)介基于51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，為STC89C52，主控芯片集成了AT24C02，DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘，四個(gè)LED，AD轉(zhuǎn)換，4路1路DA轉(zhuǎn)換，8路伺服控制器，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩條路，一個(gè)風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，4路超聲波接口，8路光電二極管的接口，一個(gè)1602屏幕，4鍵遙控器，無(wú)線(xiàn)收發(fā)器接口的計(jì)算機(jī)，一個(gè)單獨(dú)的按鈕，復(fù)位按鈕，等等。(1)電源轉(zhuǎn)換部分：電源控制系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換部分，以及舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電源，有兩條路1117-5，5V電源供應(yīng)的所有方式為主的電源控制系統(tǒng)，也有一個(gè)5V的伺服驅(qū)動(dòng)電源。電源芯片，因?yàn)閷?duì)舵機(jī)的最大能提供800毫安的電流大的電流，如果總電流超過(guò)舵機(jī)的范圍，請(qǐng)外部5

V電源。圖3.2電源轉(zhuǎn)換部分電路如圖所示，其中的0歐姆電阻可以將兩路電源連接到一起，如果舵機(jī)需求電流太大，可以焊接0歐姆電阻，但是原則上不建議這么做。主電源通過(guò)接線(xiàn)端子輸入，電壓范圍可以是8V24V，這個(gè)電壓主要取決于電機(jī)電壓，本小車(chē)電壓為9V，我們可以選擇兩節(jié)鋰電池供電，電池接入如圖所示：圖3.3電池在電池盒中的安裝方式圖3.4可充電鋰電池圖3.5將電池接入控制板(2)單片機(jī)最小系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)包括了單片機(jī)，電源，晶振，復(fù)位電路組成電路圖圖3.6單片機(jī)最小系統(tǒng)（3）單片機(jī)串口（程序下載口）：串口作為單片機(jī)和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)的通道，而且是程序下載的入口，其典型電路圖如圖所示：圖3.7單片機(jī)串口電路（4）EEPROM存儲(chǔ)芯片（EEPROMmemorychips）AT24C02：AT24C02是ATMEL公司生產(chǎn)的一款EEPROM芯片，其可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，避免重要數(shù)據(jù)的丟失，通信方式為IIC：圖3.8AT24C02芯片（5）實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302：這是一款具有充電能力的功耗比較低的一種實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、工作原理及其在實(shí)時(shí)顯示時(shí)間中的應(yīng)用。其電路圖如圖所示：圖3.9時(shí)鐘電路(6)AD和DA轉(zhuǎn)換電路，AD和DA轉(zhuǎn)換電路采用pcf8591芯片，AD轉(zhuǎn)換，并可提供4路DA轉(zhuǎn)換。f8591是單片集成，單電源，低功耗，CMOS8位數(shù)據(jù)采集裝置。PCF8591有四模擬輸入，模擬輸出和一個(gè)串行I2C總線(xiàn)接口。PCF8591三個(gè)地址引腳A0，A1和A2可編程的硬件地址，在同一個(gè)I2C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)八PCF8591設(shè)備允許的，無(wú)需額外的硬件。在PCF8591設(shè)備的輸入和輸出地址，數(shù)據(jù)和控制信號(hào)通過(guò)雙向的I2C總線(xiàn)，在串行傳輸?shù)男问诫娐穲D如圖所示：圖3.10AD/DA轉(zhuǎn)換電路四路AD轉(zhuǎn)換接口通過(guò)外擴(kuò)端子接出，外擴(kuò)端子電路圖如圖所示：圖3.11外擴(kuò)端子電路AD轉(zhuǎn)換它的功能在于能把把火焰信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，接口位置下圖所示：圖3.12AD轉(zhuǎn)換的接口電路其中，“+“好代表了5V電源，”-“號(hào)代表了地端，A1代表了模擬輸入轉(zhuǎn)換端口1。其他輸入端口依次類(lèi)推。（7）光電傳感器接口：光電傳感器作為常用器件，可以用來(lái)避障，巡線(xiàn)。此接口不接任何轉(zhuǎn)換芯片，只是將單片機(jī)的IO擴(kuò)展，以方便傳感器的接入：圖3.13光電傳感器接口光電擴(kuò)展在控制板上的位置，如圖所示：圖3.14光電擴(kuò)展（8）舵機(jī)控制電路：舵機(jī)控制電路用74HC595擴(kuò)展，電路如圖所示：圖3.15舵機(jī)控制電路舵機(jī)控制端口擴(kuò)展如圖所示：圖3.16舵機(jī)控制端口擴(kuò)展舵機(jī)在電路板上的安裝：圖3.17舵機(jī)安裝接口（9）蜂鳴器接口：三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，P37為控制端口,當(dāng)IO是低信號(hào)時(shí)三極管可以導(dǎo)通，同時(shí)蜂鳴器就可以發(fā)出聲音來(lái)。圖3.18蜂鳴器接口電路（10）四鍵遙控器接口：四鍵遙控器一般有6個(gè)接入口，包括5V電源和地，以及4個(gè)輸入信號(hào)。對(duì)應(yīng)的接口電路如圖所示：圖3.19四鍵遙控器接口電路圖3.20四鍵遙控器接口（11超聲波模塊提供了四個(gè)輸入，5V電源，輸入脈沖和脈沖輸出，控制面板延伸的四個(gè)以上的超聲波界面，只需要把相應(yīng)的端口對(duì)接就行了，擴(kuò)展電路如圖：圖3.23超聲波模塊圖3.24超聲波模塊接口（12）液晶模塊的接口：在控制面板上另外加一個(gè)1602液晶模塊，作為控制系統(tǒng)信號(hào)顯示口，擴(kuò)展電路如圖所示：圖3.25液晶模塊接口擴(kuò)展電路（13）主電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：主電機(jī)采用L298N作為驅(qū)動(dòng)芯片，外部通過(guò)光耦隔離，電路圖如圖所示：圖3.26光耦隔離輸入圖3.27L298主驅(qū)動(dòng)芯片圖3.28電機(jī)接口（14）發(fā)光二極管：發(fā)光二極管當(dāng)做電機(jī)轉(zhuǎn)換方向指示作用，其電路如圖所示：圖3.29發(fā)光二極管電路3.3電源六節(jié)干電池供電的系統(tǒng)。一三端穩(wěn)壓管為電機(jī)和單片機(jī)電壓。供應(yīng)鏈管理需要5伏電壓，所以用7805的電源，采用9V電壓電機(jī)，6系列干電池直接供電。單片機(jī)與電機(jī)能夠正常工作，供電形勢(shì)是一個(gè)重要的方面。為了防止電力電子電路的調(diào)試和程序的調(diào)試，采用六充電電池供電的系統(tǒng)。3.4采用PWM調(diào)速的直流電機(jī)3.4.1PWM的簡(jiǎn)介脈寬調(diào)制的全稱(chēng)為：PulseWidthModulator，簡(jiǎn)稱(chēng)PWM，由于它的特殊性能，常被用于直流負(fù)載回路中、燈具調(diào)光或直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。脈寬調(diào)制（PWM），控制方式就是采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（Pulsewidthmodulationtechnology），其工作原理是：通過(guò)改變“接通脈沖”的寬度，使直流電機(jī)電樞上的電壓的“占空比”改變，從而改變電樞電壓的平均值，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,它顯著優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)電壓諧波頻譜的改變，除了基波電壓以外，幾乎不再含有低次諧波，僅存在高次諧波。這樣使得諧波高頻化從而很便于濾除，即只要很小的濾波器就可以得到很好的基波分量。PWM控制可分為單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制兩種方式，為了實(shí)現(xiàn)直流伺服系統(tǒng)的H型單極模式同頻PWM可逆控制，一般需要產(chǎn)生四路驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換控制。3.4.2H型電機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用H型PWM電路，用單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路，使其在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的占空比可調(diào)的工作，準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。H電路能實(shí)現(xiàn)速度和方向的控制，使用PWM直流電機(jī)調(diào)速，實(shí)際上是波形對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用，因此下面對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行介紹。驅(qū)動(dòng)電路如圖3.31所示。圖3.31電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖2.3是直流電路控制電路的簡(jiǎn)單電路。電路里，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括有四個(gè)三極管還有一個(gè)電機(jī)。為了使電機(jī)工作，那必須得有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通對(duì)角線(xiàn)上的。根據(jù)不同的場(chǎng)效應(yīng)管的情況下的電流傳導(dǎo)，可以從左到右或從右到左的電機(jī)，從而控制電機(jī)。如圖2.3所示，當(dāng)P1.7口為低電平，P1.6口為高電平，此時(shí)Q1、Q4導(dǎo)通，Q2、Q3截止，電動(dòng)機(jī)正常工作。改變P1.6口高電平周期，即改變PWM調(diào)制脈沖占空比，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。3.4.3小車(chē)原理圖小車(chē)原理圖如圖3.32所示，通過(guò)l293f芯片（L293fchip）控制方向和速度的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。Speed1和速度兩端口通過(guò)PWM控制電機(jī)的速度控制，IN1和IN2的控制對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的左側(cè)，3和4控制對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向的右側(cè)。通過(guò)對(duì)六端口的控制，使小車(chē)能夠按照預(yù)定的軌跡。圖3.32小車(chē)原理圖3.5紅外火焰?zhèn)鞲衅骷t外火焰?zhèn)鞲衅鳎↖nfraredflamesensor）能夠探測(cè)到的波長(zhǎng)范圍是在700納米～1000納米的紅外光，紅外火焰?zhèn)鞲衅魈綔y(cè)角度為60，它的紅外光波長(zhǎng)大概在880納米附近時(shí)，其靈敏度可以達(dá)到最大。遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器反映為0～255范圍內(nèi)數(shù)值的變化。外界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越??；紅外光越弱，數(shù)值越大。紅外火焰?zhèn)鞲衅髟韴D如圖3.33所示。圖3.33紅外火焰電路原理圖下面為火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測(cè)數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室內(nèi)正常日光燈環(huán)境實(shí)測(cè)結(jié)果如表3.1所示。表3.1火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測(cè)結(jié)果無(wú)火源時(shí)，對(duì)著日光燈0.35V-0.12V10cm4.98V20cm4.88V30cm4.72V40cm3.77V50cm2.89V60cm2.34V70cm1.92V80cm1.45V90cm1.15V100cm0.96V紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯碾娏髯兓瘯?huì)對(duì)外部紅外反射，通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換為0～1023）的范圍內(nèi)的值。在外部強(qiáng)大的紅外光，較小的值。系統(tǒng)越接近熱源的小型機(jī)器人，表演，閱讀。根據(jù)變化的函數(shù)的返回值來(lái)確定強(qiáng)度的紅外光，可以大致相同的距離判別出火源。此外，遠(yuǎn)紅外火焰探頭探測(cè)角度為60°。3.6風(fēng)扇模塊滅火電機(jī)風(fēng)扇所需驅(qū)動(dòng)電壓為+5V，為了提高輸出效率使動(dòng)力足夠，我選擇了三極管8550讓他來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力。滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路如圖3.34所示。圖3.34滅火風(fēng)扇電路原理圖在Uin處接單片機(jī)的IO口，通過(guò)IO口輸出高低電平來(lái)控制滅火風(fēng)扇的啟動(dòng)和停止。3.7智能小車(chē)整體設(shè)計(jì)3.7.1CPU引腳的設(shè)定如圖所示，CPU的P1.0、P1.1控制小車(chē)的左側(cè)電機(jī)，P1.4、P1.5控制小車(chē)的右側(cè)電機(jī)；P3.1輸出PWM信號(hào)，控制小車(chē)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；P2.4—P2.7為火焰?zhèn)鞲衅鬏斎胄盘?hào)，分別為前、后、左、右側(cè)的火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?hào)，P2.0—P2.2為循跡傳感器輸入信號(hào)。下面是各引腳在含義：1.循跡傳感器：左—P2.2 中—P2.1 右—P2.02.火焰?zhèn)鞲衅鳎呵啊狿2.4 后—P2.6 左—P2.5 右—P2.73.電機(jī)控制：左—P1.0/P1.1 右—P1.4/P1.54.風(fēng)扇控制：P3.4引腳設(shè)定圖如圖3.35所示。圖3.35引腳設(shè)定圖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)由電機(jī)控制端口P1控制，其中，P1.0/P1.1控制左側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，P1.4/P1.5控制右側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)表如表2.2所示。表3.2電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)表左電機(jī)右電機(jī)P0.1P0.0含義HEXP0.5P0.4含義HEX00000001前轉(zhuǎn)101前轉(zhuǎn)110后轉(zhuǎn)210后轉(zhuǎn)211停止311停止33.7.2整體設(shè)計(jì)小車(chē)有三個(gè)輪，前邊兩個(gè)是動(dòng)力作用后邊起到支撐作用。同時(shí)左右兩個(gè)輪用兩個(gè)完全相同的直流減速電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，小車(chē)后邊裝有一個(gè)萬(wàn)向輪。小車(chē)的整體設(shè)計(jì)圖如圖3.36所示。圖3.36小車(chē)整體設(shè)計(jì)圖總共有4個(gè)火焰?zhèn)鞲衅?，在試?yàn)中分別可以感應(yīng)四個(gè)方向的火源信號(hào)分別是前后左右，如果在傳感器左側(cè)探測(cè)火源，是推進(jìn)車(chē)的左邊；如果傳感器右邊探測(cè)火源，小車(chē)轉(zhuǎn)向右邊，如果傳感器檢測(cè)到火源前，車(chē)子向前；如果傳感器檢測(cè)火災(zāi)后車(chē)向后轉(zhuǎn)180°。通過(guò)檢測(cè)兩套傳感器的信號(hào)，單片機(jī)根據(jù)程序輸出相應(yīng)的反應(yīng)信號(hào)，控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使小車(chē)相互協(xié)調(diào)工作，完成滅火的任務(wù)。4軟件設(shè)計(jì)在一般時(shí)候我們會(huì)用C語(yǔ)言來(lái)編程來(lái)完成單片機(jī)，因?yàn)檫@樣我們易學(xué)，操作簡(jiǎn)單它具有低端和高端語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)。4.1智能滅火小車(chē)系統(tǒng)總體流程此部分是小車(chē)運(yùn)行的核心部分，起著控制小車(chē)所有運(yùn)行狀態(tài)的作用，具有導(dǎo)向和決策的功能。程序控制流程圖如圖4.1所示。圖4.1控制流程圖系統(tǒng)的總體流程是：小車(chē)得電運(yùn)動(dòng)傳感器找到信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出指令小車(chē)去那個(gè)方向，然后到一定距離小車(chē)停下風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行滅火。

4.2程序流程圖1.小車(chē)滅火的主程序軟件流程圖如圖3.2所示，小車(chē)啟動(dòng)尋找火源，傳感器探測(cè)信號(hào)傳遞給單片機(jī)然后，單片機(jī)發(fā)出指令，小車(chē)運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)滅火。主程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2程序流程圖 圖4.4判斷火源位置模塊4.3部分功能代碼1．小車(chē)轉(zhuǎn)向代碼voidrun()//電機(jī)啟動(dòng){ P1=0x11;}voidleft() //左轉(zhuǎn){ P1=0x13;}voidright() //右轉(zhuǎn){ P1=0x31;}voidbig_right() //右大轉(zhuǎn){ P1=0x21;}voidbig_left() //左大轉(zhuǎn){ P1=0x12;}voidstop() //停止{ P1=0x33;}voidback() //后退{(lán) P1=0x22;}2．小車(chē)尋跡代碼voidtrack(){unsignedcharNum;timer_init();PWM_ON=4;//高電平時(shí)間檔,共10個(gè)檔位while(1){Num=P2;Num=Num&0x07;P0=Num|0xf8;//指示燈switch(Num){case0x02: //前進(jìn){run();STATE_LAST=Num;}case0x04: //左轉(zhuǎn){left();STATE_LAST=Num;}case0x06: //左大轉(zhuǎn){big_left();STATE_LAST=Num;}case0x01: //右轉(zhuǎn){right();STATE_LAST=Num;}case0x03: //右大轉(zhuǎn){big_right();STATE_LAST=Num;}case0x07://停止{stop();}case0x00://檢測(cè)不到黑線(xiàn)時(shí)查看上一個(gè)狀態(tài)，并做出判斷{if(STATE_LAST==0x04||STATE_LAST==0x06) //左輪后退{(lán)P1=0x02;}elseif(STATE_LAST==0x01||STATE_LAST==0x03) //右輪后退{(lán)P1=0x20;}elseif(STATE_LAST==0x00){left(); //左轉(zhuǎn)尋線(xiàn)}else{stop();}}default:{left();}}}}3．PWM調(diào)速代碼voidtim(void)interrupt1{staticunsignedcharcount;TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;//定時(shí)0.1mSif(count==PWM_ON){PWM=1;//高電平}count++;if(count==10) //分為10個(gè)檔{count=0;if(PWM_ON!=0){PWM=0;//低電平}} }

5測(cè)試結(jié)果與總結(jié)5.1測(cè)試結(jié)果1．測(cè)試儀器在一定的空間模擬一個(gè)滅火場(chǎng)地，設(shè)置一個(gè)點(diǎn)著的蠟燭為火源。2．測(cè)試方法把小車(chē)放在模擬空間中讓它找到蠟燭并且吹滅。3．測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析測(cè)試顯示，在小車(chē)的直線(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中，小車(chē)會(huì)出現(xiàn)左右搖擺的現(xiàn)象，如下所示。（1）小車(chē)有時(shí)候會(huì)遲鈍找不到可能距離有點(diǎn)遠(yuǎn)。（2）PWM電機(jī)可以調(diào)節(jié)，調(diào)快了小車(chē)就會(huì)不穩(wěn)定，當(dāng)調(diào)慢了就比較穩(wěn)定。5.2總結(jié)這個(gè)設(shè)計(jì)我用了兩個(gè)月的時(shí)間完成，中間去尋求胡老師幫助還有問(wèn)一些同學(xué)，老師不耐其煩的給我講解，很感謝老師。中間選擇車(chē)身，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，傳感器，風(fēng)扇，輪胎等都是慢慢篩選的，讓這個(gè)設(shè)計(jì)中的配件契合。大學(xué)四年生活匆匆而過(guò)，在大學(xué)里自己學(xué)到了很多知識(shí)也交了很多朋友。大一時(shí)候的懵懂，大二時(shí)候的活潑，大三時(shí)候的成熟，和大四最后一年的不舍，種種回憶不斷在腦海閃現(xiàn)。我愛(ài)這個(gè)學(xué)校我的老師，還有我的同學(xué)們。你們?cè)谖掖髮W(xué)生涯中給我微笑給我信心，給我?guī)椭?。畢業(yè)設(shè)計(jì)可能還有不足敬請(qǐng)各位老師們給予指正，萬(wàn)分感謝。

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