【正文】 32 發(fā)揮功能及其他功能測試 .................................................................. 35 ..................................................................................................................... 36 ................................................................................................................. 36 .............................................................................................................. 36 3 摘要： 本智能車是以鋁合金為車架， AT89S52 單片機(jī)為控制核心，加以 直流電機(jī)、舵機(jī)、光電傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱碗娫措娐芬约捌渌娐窐?gòu)成。 系統(tǒng)由 89S52 通過 IO 口控制小車的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。舵機(jī)帶動滅火風(fēng)扇左右轉(zhuǎn)向擺動進(jìn)行滅火。尋跡由 RPR220 型光電對管完成，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行火焰掃描。同時本系統(tǒng)用 凌陽單 片機(jī)進(jìn)行語音的播報 ，以提示當(dāng)前狀態(tài)。本系統(tǒng)同時通過 DF 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，將該車當(dāng)前的狀態(tài)遠(yuǎn)程傳送給顯示臺。顯示臺由 OCMJ4X8C 液晶屏 和 2 個按鍵進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)顯示和啟動控制。 關(guān)鍵詞： AT89S52 直流電機(jī) 舵機(jī) 光電傳感器 火焰?zhèn)鞲衅? 消防智能電動車 DF 無線收發(fā) Abstract: The smart car is aluminum alloy for the chassis, AT89S52 MCU as its core, including motor and servo, plus photoelectric sensors, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the white line. RPR220 reflective photo sensor seeks the trace. Far infrared flame sensor tracks the flame. In addition, the SCM system with Sunplus for voice broadcast can remind current status. The system transmits information through DF module. The car’s status will be transmitted to the Remote Console. OCMJ4X8C LCD display and 2 keys for start control. Keywords: AT89S52 Motor Servo Photo sensor Flame sensor Electrical fire engines DF wireless transmission 4 1．系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計要求 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計制作一個消防智能小車模型，能到制定區(qū)域進(jìn)行搶險滅火工作。以蠟燭模擬火源，隨機(jī)分布在場地中，場地如圖 1 所示： 圖 1 場地示意圖 設(shè)計要求 1）基本要求 （ 1）智能小車從安全區(qū)域啟動，自動尋找到火源并顯示。 （ 2）除安全區(qū)外，場地隨機(jī)出現(xiàn) 2 個火源，要求智能小車能夠發(fā)現(xiàn)其中一個火焰并將其完全撲滅。 （ 3）能夠發(fā)現(xiàn)并撲滅第二個火焰。 （ 4）撲滅二個火焰的總時間不超過 5 分鐘。 （ 5）能夠自動計算和顯示撲滅的火源數(shù)。 5 2）發(fā)揮部分 （ 1）搶險完畢后智能小車能夠返回到安全區(qū)域（原位）。 （ 2）能夠自動計算和顯示路程。 （ 3）能夠用不同聲音對不同的狀態(tài)進(jìn)行報警。 （ 4）其他 3）說明 （ 1）小車尺寸小于 30cm 30cm，所用電源電壓小于等于 24V。 （ 2）控制電機(jī)類型不限，其安裝位置及安裝方式自定。 （ 3）滅火方式不限，但不 允許碰倒蠟燭。 （ 4）小車不能完全離開場地。 （ 5）允許一次重啟動機(jī)會。 （ 6）蠟燭高度： 15— 20 厘米。蠟燭置于方框的中間位置。 （ 7）障礙物尺寸 15cm 15cm 15cm，且位置固定。 （ 8）試驗(yàn)場地可采用黑膠皮，網(wǎng)格線可采用寬度為 — 的白色單面膠紙，測試時可自帶。 1. 2 模塊方案比較與論證 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、尋跡傳感器模塊、火焰?zhèn)鞲衅?、直流電機(jī)及其驅(qū)動模塊、滅火風(fēng)扇及其驅(qū)動模塊、舵機(jī)模塊、語音模塊、車載顯示模塊、 無線收發(fā)模塊 以及液晶顯示模塊等模塊構(gòu)成。本 系統(tǒng)的方框圖如圖 2 所示： 6 圖 2 系統(tǒng)方框圖 為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 車體設(shè)計 方案 1：購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動電路。但是一般的說來，玩具電動車具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn) 90 度甚至 180 度的彎角。再 次，玩具電動車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動車一般都價格不扉。因此我們放棄了此方案。 方案 2：自己制作電動車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動，前后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，前后裝兩個萬向輪。這樣，當(dāng)兩個直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時轉(zhuǎn)速相同時就可以實(shí)現(xiàn)電動車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的 90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。 在安裝時我們并不把兩個萬向輪裝在一個平面上。當(dāng)小車前進(jìn)時，左右兩驅(qū)動輪與前萬電源模塊 控制器模塊 尋跡傳感器模塊 火焰?zhèn)鞲衅髂K 電機(jī)驅(qū)動前進(jìn)轉(zhuǎn)向模塊 滅火風(fēng)扇及其驅(qū)動模塊 語音模塊 無線發(fā)射模塊 無線接收模塊 語音模塊 顯示臺顯示模塊 避障模塊 車載顯示模塊 測速計程模塊 7 向輪 形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過低而使左右兩驅(qū)動輪驅(qū)動力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。 對于車架材料的選擇，我們經(jīng)過比較選擇了鋁合金。用鋁合金做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。 綜上考慮，我們選擇了方案 2。實(shí)物圖如圖 3 所示： 圖 3 車體底盤實(shí)物圖 控制器模塊 方案 1：采用可編程邏輯期間 CPLD 作為控制器。 CPLD 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、 IO 資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用 并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。 方案 2：采用凌陽公司的 16 位單片機(jī)，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū)動能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語音處理和識別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽單片機(jī)應(yīng)用語音處理和辨識時，由于其占用的 CPU 資源較多而使得凌陽單片機(jī)同時處理其它任務(wù)的速度和能力降低。 本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡 和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測以及電機(jī)的控制，兼有語音的播報。如果單純的使用凌陽單片機(jī)，在語音播報的同時小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和編程的簡潔性考慮，我們放棄了單純使用凌陽單片機(jī)而考慮其它的方案。 方案 3：采用 Atmel 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器而用凌陽單片機(jī)作為輔助控制器。 AT89S52 是一個低功耗，高性能的 51 內(nèi)核的 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k 空間的可反復(fù)擦些 1000 次的 Flash 只讀存儲器，具有 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32個 IO 口， 2 個 16 位可編程定時 計數(shù)器。且該系列的 51 單片機(jī)可以不用燒寫器而直接用串口或并口就可以向單片機(jī)中下載程序。 我們自己制作 51 最小系統(tǒng)板，體積很小，下載程序方便，放在車上不會占用太多的空間。 為了同時方便使用語音的播報和識別，我們選擇了凌陽公司的 SPCE061A 精簡開發(fā)板 8 － 61B 板。 61B 板上配有喇叭插座、麥克風(fēng)等。用戶只需使用在線調(diào)試器，不用再外接任何器件即可以完成語音錄放等功能。 該精簡系統(tǒng)板體積小，功能齊全，資源豐富。能夠滿足系統(tǒng)的要求。 從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案 3。 電源模塊 由于本系統(tǒng)需要電池供電， 我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。 方案 1：采用 12V 蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在小型電動車上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。 方案 2：采用 3 節(jié) 可充電式鋰電池串聯(lián)共 給直流電機(jī)供電，經(jīng)過 7805 的電壓變換后為單片機(jī)，傳感器和舵機(jī)供電。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為直流電機(jī)供電時，單片機(jī)、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。因此我們放棄了此方案。 方案 3：采用 3 節(jié) 可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電，用 2 節(jié)鋰電池經(jīng)過 7805 的電壓變換為單片機(jī)和傳感器供電。再用 2 節(jié)鋰電池經(jīng)另一套 7805 電壓變換電路為舵機(jī)供電。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，舵機(jī)直流電機(jī)工作互不影響，且電池的體積較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 綜上考慮，我們選擇了方案 3。 尋跡傳感器模塊 方案 1：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。 但是這種 方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 方案 2：用紅外