【正文】 數(shù)模轉(zhuǎn)換和液晶顯示都用到了 SPI 總線的編程，所以對 SPI 的編程介紹如下：SPI 總線上的所有數(shù)據(jù)傳輸都由 SPI 主器件啟動。SPI0 主器件立即在 MOSI 線上串行移出數(shù)據(jù)，同時(shí)在 SCK 上提供串行時(shí)鐘。因此，SPIF 標(biāo)志既作為發(fā)送完成標(biāo)志又作為接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好標(biāo)志。MzLH04 模塊有一個(gè)復(fù)位引腳，可以對該引腳輸入一個(gè)低電平的脈沖使模組復(fù)位，復(fù)位需要低電平輸入持續(xù)至少 2ms，在恢復(fù)高電平后需要等待 10ms 后方可以對模組進(jìn)行顯示的控制操作。共進(jìn)行 10 次試驗(yàn)，其中 4 次小車能夠躲避障礙物，滅掉全部 4 根蠟燭。1 次由于小車中途電量不足停在半路。（3）在小車檢測到偏移時(shí)有兩種方案調(diào)節(jié)小車的角度：方案 1，偏離側(cè)車輪停止，偏移側(cè)車輪前進(jìn)；方案 2，偏離側(cè)車輪后退，偏移側(cè)車輪前進(jìn)。在調(diào)試過程中需要細(xì)心、耐心的調(diào)整硬件，不斷調(diào)整角度，從而達(dá)到預(yù)期的效果。該控制系統(tǒng)運(yùn)用了單片機(jī)、紅外尋跡傳感器，直流電機(jī)，PWM 調(diào)速，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯燃夹g(shù)，基本實(shí)現(xiàn)了智能滅火小車的要求。這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。在此，我要對他表示由衷的感謝，同時(shí)也感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中所有幫助過我的人。由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過自己不斷的努力以及郭老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。學(xué)習(xí)的過程中雖然遇到很多困難，但經(jīng)過努力克服了困難解決了問題，最終完成了設(shè)計(jì)。從傳感器信號的處理，到單片機(jī)接收并處理信號，再到輸出信號至外部系統(tǒng)，通過該作品的設(shè)計(jì)制作，使我更好的了解了各類傳感器，掌握了光電三極管的使用，并熟悉了單片機(jī)的中斷和定時(shí)器的控制，掌握了大功率驅(qū)動芯片 LM339 的使用，程序中對各種任務(wù)的合理安排，使整體系統(tǒng)能夠更好的協(xié)同工作，增強(qiáng)了自己的動手能力，更好的熟悉的了解了一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)過程。這時(shí)就需要調(diào)整水泵角度，使得小車能夠在找到火源時(shí)成功滅火。（1）小車是初始角度的測試顯示，小車的初始角度偏移越小，小車在運(yùn)行中就越穩(wěn)定。2 次小車不能夠避開障礙物，中途運(yùn)動到了死角。另外，LCD 使用 SPI 通信指令，其時(shí)鐘頻率不得高于 2MHz。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被完全移入移位寄存器時(shí)，便被傳送到接收緩沖器，處理器通過讀 SPI0DAT 來讀該緩沖器。如果中斷被允許，在 SPIF 標(biāo)志置位時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)中斷請求。當(dāng)處于主方式時(shí)，向 SPI0 數(shù)據(jù)寄存器（SPI0DAT ）寫入一個(gè)字節(jié)時(shí)是寫發(fā)送緩沖器。若沒有檢測到火源則繼續(xù)前進(jìn)。接著小車前進(jìn)，前進(jìn)的同時(shí)能夠避開障礙物，并能夠檢測火源，如果檢測到火源存在，停止前進(jìn)，調(diào)整車頭位置，啟動水泵噴水滅火，接著再判斷是否將火滅掉，如果火已經(jīng)熄滅，則小車?yán)^續(xù)前進(jìn)尋找下一個(gè)火源，如果沒有熄滅則水泵繼續(xù)開啟 [19]。滅火完成后，繼續(xù)前進(jìn)，重復(fù)剛才的過程，直至小車由出口出來結(jié)束本次任務(wù) [18]。C 語言功能豐富，表達(dá)能力強(qiáng)，目標(biāo)程序效率高，可移植性好，既具有高級語言的優(yōu)點(diǎn)，又具有低級語言的許多特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。滅火小車的第二層擴(kuò)展板結(jié)構(gòu)主要有：避障電路，單片機(jī)控制電路等。 5V 電源系統(tǒng)5v 供電電源即可選用四節(jié)電池經(jīng)過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后的電壓。2 為 GND，3 為EN，該引腳是芯片的使能端口，當(dāng)接低電平時(shí)芯片正常工作，當(dāng)接高電平時(shí)，芯片處于低功耗狀態(tài)。 電源信號經(jīng)過 電容的去耦，分別供給 穩(wěn)壓芯片 TPS78930 和 5V 升壓電路 MAX751。另外，POW_INT 除了做中斷信號的檢測外，通過 47K 與 100K 的分壓，把它接在AD 的輸入端，又可以對電池的電量進(jìn)行檢測，以確保電池不會過放。在開關(guān)電路中，當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，此時(shí)按下按鍵 S1，BAT54C 的 1 腳得電，使三極管處于飽合狀態(tài)，此時(shí)，三極管的集電極為低電平，從而使 FDN336 場效應(yīng)管導(dǎo)通，主控得電。但在該設(shè)計(jì)中，電源要經(jīng)過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后才能為電路供電。二、結(jié)構(gòu)及引腳圖。NSS 的功能取決于NSSMD1 與 NSSMD0 位的設(shè)置。SPI 所使用的有四個(gè)信號引腳：MOSI 、SCK、MISO、NSS 。NSS 可以被配置為片選 輸出（在主方式） ，或在 3 線操作時(shí)被禁止。 SPI 總線介紹其中我們所用到的 SPI0 總線是增強(qiáng)性外設(shè)接口。在使用 C2 進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。調(diào)試時(shí)不占用 MCU 的其它資源，并且所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都正常地工作。其內(nèi)部原理圖如圖 所示：圖 C8051F320 單片機(jī)內(nèi)部資料分配圖Silicon Laboratories 公司的 C8051F320 單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(SOC)，具有與 MCS51 完全兼容的指令集。 主控單片機(jī)系統(tǒng)該系統(tǒng)選用 C8051F320 單片機(jī)，相比傳統(tǒng)的 51 單片機(jī)而言，其內(nèi)部有豐富的資源，在本次設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的內(nèi)部資源也得到了充分的應(yīng)用 [15]。根據(jù)不同場效應(yīng)管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。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)動信號來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換控制。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。槽型開關(guān)的檢測距離因受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米 [13]。所表 水泵電機(jī)參數(shù)測試表電 機(jī)原理圖 及其自吸式小型水泵數(shù)據(jù)表電壓（V） 7 8 9 10 11電流（A） ：圖 電機(jī)驅(qū)動電路圖如圖所示，在mcu處接單片機(jī)的I/O口，通過I/O 口輸出高低電平來控制水泵的啟動和停止。 光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。圖 穩(wěn)壓電路圖如上圖所示，接線成功的穩(wěn)壓芯片，可將水泵接在其輸入端供，其他模塊接在穩(wěn)壓芯片的輸出端進(jìn)行供電。檢測到目標(biāo)是低電平輸出，正常狀態(tài)是高電平輸出。數(shù)字量輸出，不需要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，可直接單片機(jī)的IO口，通過后面的可調(diào)電位器調(diào)整距離(前方30cm 范圍內(nèi)有效)。我們可以稱這種用于避障的傳感器為避障傳感器，本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了兩個(gè)紅外傳感器。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。二、蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理1．壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。下面為火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，所示。再將火焰?zhèn)鞲衅餍盘柖俗鳛殡妷罕容^器輸入端，與某一電壓比較，使得在一定距離以內(nèi)，火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到火源時(shí)，比較器輸出端都為低電壓 [8]。控制端口定義如下：VCC:電源輸出端；EN2:第二路驅(qū)動使能端/PWM 輸入端；EN1:第一路驅(qū)動使能端/PWM 輸入端；IN4/IN3:電機(jī)方向控制端；IN2/IN1:電機(jī)方向控制端；S2:第一路測速傳感器接口；S1:第二路測速傳感器接口；GND:地；： 表 小車底盤的邏輯狀態(tài)表EN1/PWM1 IN1 IN2 狀態(tài) EN2/PWM2 IN3 IN4 狀態(tài)0 0 停止 0 0 停止0 1 正轉(zhuǎn) 0 1 正轉(zhuǎn)1 0 反轉(zhuǎn) 1 0 反轉(zhuǎn)11 1 ——11 1 ——0 1/0 1/0 停止 0 1/0 1/0 停止簡單測試：從小車板子上引出電源VCC和地線GND 給IN1/IN2 或IN3/IN4 送以1/0 或0/1信號，或者使用單片機(jī)編寫簡單程序，按照上面的邏輯狀態(tài)控制表進(jìn)行測試。： C 8 0 5 1 F 3 2 0火焰?zhèn)鞲衅髂K避障電路模塊5 V 穩(wěn)壓模塊水泵驅(qū)動電路模塊液晶顯示模塊測速模塊光耦與電機(jī)驅(qū)動電路模塊報(bào)警模塊圖 總體系統(tǒng)框圖 元器件的選擇經(jīng)過反復(fù)的篩選，所選用的器件即考慮到經(jīng)濟(jì)成本，又考慮到其精度問題，主要用到以下器件：集成塊主要包括單片機(jī) C8051F3非門 CD4043V 穩(wěn)壓芯片 TPS789穩(wěn)壓芯片 L780液晶顯示器 MzLH041286BAT54C 二極管、火焰?zhèn)鞲衅?R286光電開關(guān)E3F3DS50N槽型光電開關(guān)、電壓比較器 LM33水泵、光電耦合器等。以下將詳細(xì)介紹系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成及各主要電路的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)。3．采用六節(jié)干電池供電。而且C8051F320有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，使用簡單，靈活性高且價(jià)廉。優(yōu)點(diǎn)：簡單方便。鑒于以上2種方案的比較，我們選擇方案2。因此采用這種方案有點(diǎn)麻煩，而且還會浪費(fèi)時(shí)間和精力。利用一個(gè)直流小電機(jī)帶動抽水進(jìn)行簡單的滅火。紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y火源或其它一些波長在760納米～1100納米范圍內(nèi)的熱源，探測角度達(dá)60度，其中紅外光波長在940納米附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。方案2：采用兩個(gè)光敏電阻作為核心的傳感器，利用光敏電阻對不同距離及不同強(qiáng)度的光照均有較好的光敏特性來將外界光信號轉(zhuǎn)換成電信號，提供給單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)判斷操作。此方案優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、成本低、穩(wěn)定性高，速度快。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用了方案2。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. PWM從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。方案2：采用直流電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)，直流電機(jī)的控制方法比較簡單，只需給電機(jī)的兩根控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒闺姍C(jī)轉(zhuǎn)動起來，電壓越高則電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。而且，用專用電動車具有完整的電機(jī)裝配和電機(jī)驅(qū)動，這用就省去了對電機(jī)傳動和電機(jī)驅(qū)動的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。但自己制作的小車，車體會比較粗糙，車身重量、平衡，小車的電路設(shè)計(jì)，這些都較難良好地實(shí)現(xiàn)。只有這樣，才能保證機(jī)器人找到火源并把火熄滅。一邊用水泵抽水滅火，一邊通過前方火焰探頭檢測火光強(qiáng)度。滅火方法有很多種，可以噴水或用化學(xué)物質(zhì)滅火，也可以用風(fēng)扇來滅火。在尋找火源時(shí)機(jī)器人的左前、右前、正前3個(gè)方向各裝上一個(gè)火焰探頭，以提高探火效率。對于第一種情況，無需在硬件上添加任何傳感器，只需要對單片機(jī)編程就可以達(dá)到目的。根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)機(jī)器人滅火邏輯并在在線編程環(huán)境下，編輯機(jī)器人行為控制程序，下載并反復(fù)調(diào)試控制程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人滅火實(shí)驗(yàn)。所以滅火機(jī)器人必須實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)由于在實(shí)驗(yàn)場地中，任何地方都有可能擺放蠟燭，所以機(jī)器人必須能夠?qū)崿F(xiàn)搜索任意位置。2．根據(jù)小車需要和實(shí)際情況，自行設(shè)計(jì)傳感器，不僅花費(fèi)較少，而且使用效果好。2. 智能滅火小車能夠檢測到火源。對論文完成的內(nèi)容和得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)，給出了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分采用 C 語言進(jìn)行編寫，對軟件部分各個(gè)組成模塊的軟件運(yùn)行流程作以詳盡的介紹，闡述了各部分的功能及設(shè)置。簡述滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求及項(xiàng)目內(nèi)容，分析了基于火焰?zhèn)鞲衅鞯臏缁饳C(jī)器人原理以及具體設(shè)計(jì)方案，介紹了具體實(shí)現(xiàn)方式。 本課題的目標(biāo)及內(nèi)容本文圍繞火焰?zhèn)鞲衅鳒缁饳C(jī)器人技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)地分析和敘述了系統(tǒng)硬件和軟件各部分的組成及設(shè)計(jì)原理，并分析誤差的形成原因和解決辦法。國際上對消防機(jī)器人的研究，在控制技術(shù)上可分為三個(gè)階段：第一代是遙控消防機(jī)器人，第二代是具有感覺功能的計(jì)算機(jī)輔助遙控消防機(jī)器人，第三代是自適應(yīng)智能化消防機(jī)器人。一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)看好智能機(jī)器人教育對未來高科技社會的作用和影響。本作品使用 C8051F320 單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生雙路 PWM 波，控制小車的直流電動機(jī)，利用光電開關(guān)管探測障礙物，使得小車能夠避開障礙，利用火焰?zhèn)鞲衅魈綔y火源，找到火源，進(jìn)而使單片機(jī)控制水泵電路并做出滅火動作。設(shè)計(jì)的基本功能要求在規(guī)定的場地中盡快尋找到火源，然后在盡可能短的時(shí)間內(nèi)作出滅火動作。智能機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用了信息技術(shù)中的感測技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等,是信息技術(shù)課程和相關(guān)科技活動的良好載體。 基于火焰?zhèn)鞲衅鞯臏缁饳C(jī)器人概述 國外現(xiàn)狀消防機(jī)器人的研究開發(fā)及應(yīng)用，日本最為領(lǐng)先，其次是美國、英國和俄羅斯等發(fā)達(dá)國家。 國內(nèi)現(xiàn)狀近年來，我國的消防機(jī)器人研究已在機(jī)器人感覺識別技術(shù)、操作移動技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、系統(tǒng)化技術(shù)等方面取得了可喜的成就，但這些成果主要應(yīng)用于工業(yè)裝配、焊接、噴涂、搬運(yùn)、探傷、水下作業(yè)、過程測量等方面，而適用于在有毒有害，尤其是在火場等惡劣環(huán)境中進(jìn)