【正文】 貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，不僅不能完成任務(wù)，還會(huì)徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊(duì)已歷經(jīng)諸多血的教訓(xùn)。系統(tǒng)加入液晶顯示器，使得系統(tǒng) 具有可 查看滅火的次數(shù)的人性化特點(diǎn)。系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，創(chuàng)新自制火焰?zhèn)鞲衅饔糜诨鹧嫣綔y(cè)，紅外光電傳感器用于探測(cè)障礙物， L298驅(qū)動(dòng)電機(jī)前后轉(zhuǎn)動(dòng) ， LCD1602 液晶顯示器用于顯示滅火個(gè)數(shù)。 該系統(tǒng)火焰 探測(cè)采用自制六路火焰?zhèn)鞲衅?，是由五路遠(yuǎn)紅外接收二極管和一路近紅外接收二極管構(gòu)成，它相對(duì)于目前其他火焰探測(cè)器，具有火焰探測(cè)精確度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)具有成本低、可靠性高、滅火速度快、安裝調(diào)試方便等 特征，非常適用于危險(xiǎn)系數(shù)較大的火場(chǎng)，具有較好的應(yīng)用前景。尤其是當(dāng)新消防法出臺(tái)后，搶險(xiǎn)救援已成為公安消防部隊(duì)的法定任務(wù)，面對(duì)新時(shí)期面臨的新情況新任務(wù)， 也為了更好地解決前述難題，消防機(jī)器人的配備顯得日益重要。智能汽車作為一種智能化的交通工具，體現(xiàn)了車輛工程、人工智能、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域理論技術(shù)的交叉和 綜合，是未來汽車發(fā)展的趨勢(shì)。機(jī)器人控制技術(shù)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的全數(shù)字化控制，基于傳感器的控制技術(shù)已取得了重大進(jìn)展。目前正研究利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，探索高效的控制驅(qū)動(dòng)算法，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度；同時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的分布式控制 [1]。與普遍意義上的機(jī)器人相比 該 智能小車制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序調(diào)試方便， 此設(shè)計(jì)在前人研究的基礎(chǔ)上，通過不斷地學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，力求對(duì)消防機(jī)器人設(shè)計(jì)達(dá)到更深的了解和研究，促進(jìn)消防機(jī)器人在火災(zāi)中的應(yīng)用并推廣在相關(guān)領(lǐng)域的研究，使消防研究工作不斷向前發(fā)展，具有很大的學(xué)術(shù)價(jià)值。 系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)要求如下： 1. 實(shí)現(xiàn)直流減速電機(jī)的啟、停、正、反控制； 2. 利用直流減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)控制； 3. 利用穩(wěn)壓芯片為單片機(jī)電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓； 4. 利用紅外線光電開關(guān)對(duì)障礙物的檢測(cè)； 5. 利用光敏晶體管對(duì)火源的檢測(cè) 。 信息處理單元，用單片機(jī)作為信息處理 單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采樣及數(shù)據(jù)分析運(yùn)算，并發(fā)出控制指令。 圖 2 滅火機(jī)器人系統(tǒng)框圖 圖 2 中，數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)障礙物 方位 、火焰數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)送給 MCU 進(jìn)常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁 共 45 頁 行數(shù)據(jù)處理。 避障模塊 方案 1： 用超聲波傳感器進(jìn)行避障。但是超聲波傳感器需要40KHz 的方波信 號(hào)來工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高，偏差在 1％內(nèi)，所以用模擬電路來做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。光電開關(guān)的工作原理如圖 4 所示：根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由 同步回路選通而檢測(cè)物體的有無，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。考慮到易用性，排除了 CCD 傳感器，從而主要考慮以下三種方案。 ? 使用紫外傳感器識(shí)別火焰方案 1 u F1 M ΩU VA / D轉(zhuǎn) 換器顯示 圖 6 紫外線傳感器識(shí)別方案 紫外線傳感器只對(duì) 185～ 260nm 狹窄范圍內(nèi)的紫外線進(jìn)行響應(yīng)，而對(duì)其它頻譜范圍的光線不敏感，利用它可以對(duì)火焰中的紫外線進(jìn)行檢測(cè)。 ；，其中紅外線波長(zhǎng)在 880nm 附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大 。利用它可以制作滅火機(jī)器人、足球機(jī)器人等 。只有當(dāng)這路檢測(cè)到火焰，滅火電機(jī)才啟動(dòng)。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 電機(jī)控制電路 電機(jī)控制電路由 L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、 7805 芯片、電機(jī)等組成。其中， a=t/T（占空比）， Vcc 是電源電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成正比例，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機(jī)的速度與占空比成比例，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)的越快。 滅火驅(qū)動(dòng)電路 如圖 10 所示， 滅火電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用 B772 三極管 驅(qū)動(dòng)，單片機(jī) 口接三極管 Q1基極，當(dāng)單片機(jī)給低電平信號(hào)時(shí)，三 極管導(dǎo)通，接通滅火電機(jī)的電源 ，開啟風(fēng)扇滅火 。 紅外接收二極管 將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化 為電流的變化，通過電壓反應(yīng) 數(shù)值的變化。 它廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中，如 音響 、彩色電視機(jī)、空調(diào)器、 VCD視盤機(jī)、 DVD視盤機(jī)以及錄像機(jī)等。最常用的型號(hào)為 RPM301B。 由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?100mW 左右），所以 紅外接收二極管 接收到的信號(hào)比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。 表 2 火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測(cè)結(jié)果 無火源時(shí)，對(duì)著日光燈 10cm 20cm 30cm 40cm 50cm 60cm 70cm 80cm 90cm 100cm 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 共 45 頁 10KR6D2hwjs5mmVCCGNDGNDVCCGNDOUT1ADCJ1by1D1LED 貼片10kR42kR2104C1CAPT452123U1ALM3395V5V火源檢測(cè)模塊 圖 14 火焰測(cè)量電路原理圖 在該電路中，當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鳑]有檢測(cè)到火焰時(shí)，火焰?zhèn)鞲衅鞑粚?dǎo)通而使得火焰?zhèn)鞲衅鞯年枠O上 拉電阻 R4 上拉為高電平，經(jīng)電壓器比較器比較后輸出低電平， LED 燈亮。 避障模塊 如圖 15 所示，本設(shè)計(jì)對(duì)障礙物的檢測(cè)采用 E18D50NK 型號(hào)的紅外傳感器。 圖 15 E18D50NK 紅外傳感器 光電開關(guān) E18D50NK 的技術(shù)參數(shù) : 輸出電流 DC/SCR/繼電器 Control output： 100mA/5V 供電 消耗電流 DC25mA 響應(yīng)時(shí)間 2ms 指向角：≤ 15176。 123P13PORT123P23PORT5V5VGNDGNDP20P21避障模塊 圖 17 避障模塊接口電路 為了顯示更人性化和美觀化，選擇 LCD1602 液晶， 工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16*02 即 32 個(gè)字符 ， 微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 共 45 頁 直流電源設(shè)計(jì) 電 源部分的設(shè)計(jì)主要采用 7805 芯片，使用 7805 芯片搭建的電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、實(shí)用， 78 系列三端穩(wěn)壓 IC 組成 穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜 ?；谶@樣的情況再結(jié)合電機(jī)的工作電壓， 本設(shè)計(jì) 選取了 6 節(jié)干電池 9V 作為 7805 的 輸入電源，搭建的電源部分電路如圖22 所示。 STC89C52是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS的 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。主 要特性： 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 32可編程 I/O線 低功耗的閑置和掉電模式 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位 地址接收。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖 或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 1 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 （ 2） 復(fù) 位電路 系統(tǒng)采用硬件復(fù)位， STC89C52RC 復(fù)位高電平有效，有效復(fù)位要保證 RST 端至少100 ms 的高電平，電容的作用就是緩沖使 RST 端保持高電平一段時(shí)間，以達(dá)到有效復(fù)位，電容越大，保持的時(shí)間就越久。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。高級(jí)語言是面向問題和計(jì)算過程的語言，它可通過于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流 。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 該方案的編程思路是先確定主程序，之后根據(jù)各硬件電路功能來設(shè)計(jì)子程序模塊，最后再將各模塊嵌入主程序中。當(dāng)左邊的兩個(gè)傳感器有信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制電機(jī)左轉(zhuǎn)；當(dāng)右邊的兩個(gè)傳感器有信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制直流電機(jī)右轉(zhuǎn)；當(dāng)中間的遠(yuǎn)紅外接收二極管有信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制電機(jī)直行；當(dāng)中間的近紅外接收二極管有信號(hào)時(shí)， 主程序調(diào)用 滅火模塊熄滅火焰。 圖 29 避障模塊流程圖 如圖 29 所示，單片機(jī)采集紅外光電對(duì)管的信號(hào)，判斷障礙的位置。；（ 2）右邊傳感器有信號(hào)時(shí)，就停下來再左轉(zhuǎn) 45176。初始化完畢，下一步對(duì)各項(xiàng)參數(shù)顯示。上電前的調(diào)試 在上電前，必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。 同時(shí)針對(duì)以下各部分進(jìn)行特別調(diào)試。 軟件調(diào)試 單片機(jī)程序調(diào)試主要針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障模塊、尋火模塊、顯示模塊的調(diào)試，小車進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)之后，非常容易調(diào)試，易于發(fā)現(xiàn)問題。 1 0 左轉(zhuǎn) 45176。 尋找火源的 實(shí)現(xiàn) 根據(jù) 前面介紹的火源檢測(cè)電路 工作原理 ， 當(dāng)檢測(cè)到 前方火源 信號(hào) 時(shí) 將 輸出 低電平 ，這里將 6 個(gè) 信號(hào)線均與單片機(jī)相連， 提供單片機(jī) 檢測(cè) 。 遇到的問題 電路焊接完后進(jìn)行進(jìn)行上電測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電源指示燈都沒有亮，然后就聞到一股焦味，用 手一摸穩(wěn)壓電源芯片發(fā)現(xiàn)很燙，于是趕緊拔掉電源。把穩(wěn)壓芯片取下，換上新的，并且把引腳接對(duì)后，通電電源指示燈也亮了，測(cè)量電壓符合要求 ，并且芯片也不發(fā)熱。這樣就把 180 度的平面劃分為 45 度一個(gè)火焰檢測(cè)傳感器。用示波器測(cè)量發(fā)現(xiàn)滅火電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，有很大的雜波出來，于是懷疑是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生的高頻電磁波干擾了電源，導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位。 避障傳感器調(diào)試，開始的時(shí)候避障傳感器只安裝了一個(gè)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)避障時(shí)遇到障礙物不知道是左邊遇到的還是右邊遇到的，程序里無法判斷，也就沒法控 制小車準(zhǔn)確的避開障礙物。在第六次實(shí)驗(yàn)中，小車滅掉第二個(gè)火源倒車右轉(zhuǎn)之后就沒有找到火源。該機(jī)器人是使用 STC89C52 微處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有容易控制、控制可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)；而且利用紅外光電管阻值的變化，很靈巧的使機(jī)器人自動(dòng)避障。 通過寫此論文，使對(duì)各芯片的工作原理有了更深入的認(rèn)識(shí)，使能夠理論聯(lián)系實(shí)際，同時(shí)也建立起了很強(qiáng)的思考能力，并學(xué)習(xí)到了課本以外的東西，最重要的是鍛煉了獨(dú)立思考和獨(dú)立動(dòng)手的能力，這將為以后走向工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這些都將使我終生受益。最重要的是讓我有了責(zé)任感，對(duì)自己、對(duì)家人和對(duì)社會(huì)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版 社 ， 1995. [6] 樓然苗，李光飛， 51 單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例 [M]，北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx,． [7] 陳黎敏，傳感器技術(shù)及其應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社 [M]， 20xx． [8] 姜志海，黃玉青等，單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 電子工業(yè)出版社， 20xx． [9] 羅杰，電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，北京：電子工業(yè)出版社， 20xx． [10] 童詩白，華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]，第五版，北京：高等教育出版社 ， 20xx． [11]鄧岳，周輝，譚英姿，基于 MC9S12DG128 單片機(jī)智能車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室研究與探索 20xx． [12] ]. Theelen a,*, . Verschueren b, . Reyes Su_arez c, . Stevens a, A. Nunez. A scalable singlechip multiproces。永遠(yuǎn)以一顆為人民服務(wù)的心來回報(bào)社會(huì)。我愿借此機(jī)會(huì)向?qū)煴硎局孕牡母兄x！ 其次要 感謝所有教育過我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識(shí)是我不斷成長(zhǎng)的源泉，也是完成本論文的基礎(chǔ)。有許許多多的舍不得，也有許許多多的感謝要說。該控制 系統(tǒng)的后繼發(fā)展應(yīng)該針對(duì)不同行業(yè)的需要，擴(kuò)展 其遙控功能 、增加表現(xiàn)方式，從而更好的為廣大用戶服務(wù) ，擴(kuò)大 用戶群體 。在第六次實(shí)驗(yàn)中，小車在滅掉第二個(gè)火源之后 ，可能是電量不足，沒有檢測(cè)到火源。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果分析 圖 33 測(cè)試場(chǎng)地 在如圖 33 所示的場(chǎng)地內(nèi)放置小車、兩個(gè)障礙物和三個(gè)火源，總共進(jìn)行了 6 次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 7 所示。把電容接上后，