【正文】 低電平。 我們用一個(gè)“遠(yuǎn)視”傳感器和一個(gè)“近視”傳感器是出于如下的考慮：小車轉(zhuǎn)彎后火焰?zhèn)鞲衅骺梢詸z測(cè)到遠(yuǎn)列的火焰而停下滅火，使用這種“遠(yuǎn)近視”傳感器交替使用可以較好的避免這種情況的出現(xiàn)。走到邊界后原地轉(zhuǎn)彎 180 度后走到場(chǎng)地的中間再向右掃描，在向右的過(guò)程中檢測(cè)路徑的兩側(cè)是否有火焰。然后根據(jù)火焰的坐標(biāo)確定滅火路線。坐標(biāo)與坐標(biāo)之間的連接方式有很多，因此有很多條路徑，而且小車在走每條路徑的同時(shí)又需要檢測(cè)前方是否有障礙物。 （ 3） 這種檢測(cè)方法走的路程較多，小車略顯不夠智能。然后返回到場(chǎng)地中間處徑直往右走到場(chǎng)地的中間，在這個(gè)過(guò)程中并不檢測(cè)小車的火焰?zhèn)鞲衅鳌? （ 16） 凌陽(yáng) 61B 板作為語(yǔ)音控制模塊。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 CH451能夠很好的實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管和 LED 點(diǎn)陣的驅(qū)動(dòng)。 由于車載顯示模塊只是用來(lái)顯示路程、時(shí)間和滅火數(shù)目，都為一些數(shù)字，這就為數(shù)碼管的使用變成了可能。 方案 1：用 OCM2X8C 液晶屏。數(shù)碼管由于顯示速度快，使用簡(jiǎn)單，顯示效果簡(jiǎn)潔明了而得到了廣 泛應(yīng)用。 無(wú)線收發(fā)模塊 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸被廣泛應(yīng)用在車輛監(jiān)控、 遙控、遙測(cè)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、機(jī)器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像的傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。用這種方法雖然比較簡(jiǎn)介方便，但是在地址模式所占 IO 口較多 ,在操作模式下進(jìn)行隨機(jī)播放又需快進(jìn) ,較適合于順序播放。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案 1：采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。光電對(duì)管照射到黑色和白色的邊界時(shí)輸出信號(hào)會(huì)有跳變。 如果在車輪的內(nèi)側(cè)裝上一條細(xì)磁鐵，把霍耳傳感器同樣裝在車輪的內(nèi)側(cè)，測(cè)量火焰?zhèn)鞲衅鞯妮敵鼍涂梢灾儡囕嗈D(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平。然后將這信號(hào)放大后送入單片機(jī)。 因此我們選擇了方案 5。紫外線火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度高，相應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)明火特別敏感，能對(duì)火災(zāi)立即作出反應(yīng)。 方案 1：用溫度傳感器如熱電偶，熱電偶在工業(yè)應(yīng)用上十分廣泛。 RPR220 采用 DIP4 封裝，其具有如下特點(diǎn)： （ 1） 塑料透鏡可以提高靈敏度。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。 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(guò)7805 的電壓變換為單片機(jī)和傳感器供電。 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。且該系列的 51常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 8 單片機(jī)可以不用燒寫(xiě)器而直接用串口或并口就可以向單片機(jī)中下載程序。 方案 2：采用凌陽(yáng)公司的 16位單片機(jī)，它是 16位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 對(duì)于車架材料的選擇，我 們經(jīng)過(guò)比較選擇了鋁合金。 方案 2：自己制作電動(dòng)車。本系統(tǒng)的方框圖如圖 22所示： 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 6 圖 22 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(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 （ 3）滅火方式不限，但不允許碰倒蠟燭。 （ 3）能夠發(fā)現(xiàn)并撲滅第二個(gè)火焰。 （ 7） 凌陽(yáng) 61B 板作為語(yǔ)音控制模塊。 軟件實(shí)現(xiàn)：主程序流程圖，滅火子程序流程圖，傳感器數(shù)據(jù)處理及尋跡程序流程。 消防車是消防隊(duì)的主要裝備。系統(tǒng)由 89S52 通過(guò) IO口控制小車的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 III 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排： 時(shí)間（迄止日期） 工 作 內(nèi) 容 ~ 熟悉 消防智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)思路，查尋有關(guān)方面的資料，進(jìn)行系統(tǒng)的思路整理。 軟件實(shí)現(xiàn)：主程序流程圖，滅火子程序流程圖，傳感器數(shù)據(jù)處理及尋跡程序流程。 消防車 是消防隊(duì)的主要裝備。系統(tǒng)由 89S52通過(guò) IO口控制小車的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。 （ 2）除安全區(qū)外，場(chǎng)地隨機(jī)出現(xiàn) 2個(gè)火源，要求智能小車能夠發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)火焰并將其完全撲滅。同時(shí)本系統(tǒng)用凌陽(yáng)單片機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音的播報(bào)，以提示當(dāng)前狀態(tài)。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的應(yīng)用，為實(shí)際生活中的滅火機(jī)器人的模擬遠(yuǎn)程顯示。同時(shí)作為我們的特色的遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的工作正常，繪圖顯示清楚，語(yǔ)音播報(bào)清晰，遠(yuǎn)程顯示效果良好。 ~ 有關(guān)消防只能電動(dòng)車軟件部分的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)本系統(tǒng)用凌陽(yáng)單片機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音的播報(bào)，以提示當(dāng)前狀態(tài)。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的應(yīng)用，為實(shí)際生活中的滅火機(jī)器人的模擬遠(yuǎn)程顯示。 （ 2） 采用 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器。 我們 得出結(jié)論：小車能夠較好的完成題目要求的基本要求和發(fā)揮部分。 發(fā)揮部分 （ 1）搶險(xiǎn)完畢后智能小車能夠 返回到安全區(qū)域（原位）。 （ 6）蠟燭高度： 15— 20 厘米。但是一般的說(shuō)來(lái)，玩具電動(dòng)車具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)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。實(shí)物圖如圖 23 所示： 圖 23 車體底盤(pán)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。 本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)以及電機(jī)的控制，兼有語(yǔ)音的播報(bào)。 61B 板上配有喇叭插座、麥克風(fēng)等。但是蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極 為不方便。 綜上考慮，我們選擇了方案 3。 方案 2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 9 當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。 方案 2：用煙霧傳感器。用 CCD 圖像傳感器可以檢測(cè)各種被檢測(cè)量，適用于各種量的檢測(cè)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這樣處理過(guò)的火焰?zhèn)鞲衅髦荒軝z測(cè)到一個(gè)方格距離的火焰，而對(duì)遠(yuǎn)距離 的火焰沒(méi)有反應(yīng)。而用單片機(jī)來(lái)作方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。為了使 用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案 2。 雖然霍耳傳感器具有眾多優(yōu)點(diǎn)。從使用的方便和靈活性考慮，我們選擇了方案 2。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。 方案 2：對(duì)于直流電機(jī)用 分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。 方案 2：選擇 DSP 進(jìn)行 語(yǔ)音識(shí)別， DSP具有很強(qiáng)的信息處理能力，能夠進(jìn)行語(yǔ)音的存儲(chǔ)錄放和語(yǔ)音的辨識(shí)，但是考慮到系統(tǒng)的成本和使用的靈活和方便，我們放棄了此方案。 DF超再生式接收模塊通訊方式為調(diào)頻 AM， 接收靈敏度高，用示波器觀察輸出波形干凈，抗干擾能力強(qiáng)。 方案 2：用 LCD 液晶進(jìn)行顯示。如果用串行傳輸數(shù)據(jù)的方式，使用的數(shù)據(jù)線也較小。我們用 LED 點(diǎn)陣來(lái)動(dòng)態(tài)圖形的顯示當(dāng)前的滅火狀態(tài)。 （ 11） 采用 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器。 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)的目的是能夠滅掉兩個(gè)或更多的火源，并且能夠返回啟動(dòng)區(qū)。一旦檢測(cè)到火焰小車即停下將火吹滅。這種尋找火焰的方式可以克服火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)距離較遠(yuǎn)的問(wèn)題。如果不讓小車避障的話，又要把每一條路徑的信息都編進(jìn)程序里去，這么多的信息處理量是不容易實(shí)現(xiàn)的。 （ 2） 當(dāng)火焰的坐標(biāo)確定后，小車前進(jìn)的路線有很多條，而且有的路線上設(shè)有障礙物。這樣在小車的每一側(cè)就都有了一個(gè)“遠(yuǎn)視”傳感器和一個(gè)“近視”傳感器。 啟動(dòng)區(qū) 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 17 第三章 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè) 計(jì) 微控制器模塊的設(shè)計(jì) ATMEL 公司的 AT89S52 是 51 內(nèi)核的單片機(jī)。 經(jīng)試驗(yàn)和示波器驗(yàn)證，該電路工作性能一般，輸出還有雜散干擾波的成分。 尋跡光電對(duì)管的安裝 在尋跡傳感器的設(shè)計(jì)中，我們?cè)谲圀w底盤(pán)的前端裝有三個(gè)傳感器，用來(lái)起到尋跡的作用。 圖 35 火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路 在該電路中，當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鳑](méi)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?yáng)極上拉電阻 R1 上拉為高電平，經(jīng)比較器濾波 整形后輸出高電平?！敖暋眰鞲衅鲗?shí)現(xiàn)是通過(guò)在鋁合金小管上加黑色塑料紙實(shí)現(xiàn)的。測(cè)速計(jì)程模塊的實(shí)物圖： 圖 311光電碼盤(pán)與測(cè)速對(duì)管 光電碼盤(pán)為 32 份黑白相間的圓盤(pán)，將其緊貼在車輪的內(nèi)側(cè)。 DF 無(wú)線 收發(fā)模塊結(jié)合編解碼芯片 PT2262/2272 可以將單片機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編解碼經(jīng)由 DF無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)射出去。 檢測(cè)時(shí)，我們首先得到檢測(cè)到白線的傳感器的數(shù)目和位置，然后將檢測(cè)到白線的傳感器的權(quán)值相加，然后再與傳感器的數(shù)目相平均得到權(quán)值的均值。 當(dāng)?shù)玫降臋?quán)值小于 0 時(shí)就可以知道小車現(xiàn)在在白線的偏左側(cè)，給左輪加速同樣分為一級(jí)加速和二級(jí)加速就可以使小車回到白線的上方。小車語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源 1。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源 1。將車放 置在啟動(dòng)區(qū)內(nèi)，在遠(yuǎn)程控制臺(tái)按下啟動(dòng)按鈕，小車從啟動(dòng)區(qū)正常啟動(dòng)。小車同時(shí)將其熄滅并語(yǔ)音播報(bào)狀態(tài)：熄滅火源 2。尋跡由 RPR220 型光電對(duì)管完成，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行火焰掃描。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的應(yīng) 用，為實(shí)際生活中的滅火機(jī)器人的模擬遠(yuǎn)程顯示。向在百忙中抽出時(shí)間參與本論文評(píng)審的各位專家、教授表示忠心的感謝 ! 最后，要感謝我 的父母在我漫長(zhǎng)的求學(xué)生涯中所給予的理解與支持，他們?cè)诮?jīng)濟(jì)條件并不寬裕的情況下，默默支持 我完成了多年的學(xué)業(yè)。老師淵博的學(xué)識(shí)，活躍的學(xué)術(shù)思想，積極進(jìn)取的學(xué)習(xí)精神和誨人不倦的長(zhǎng)者風(fēng)范將使我受益終生。 測(cè)試表明，小車能夠較好的完成題目要求的基本要求和發(fā)揮部分。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源數(shù) 2，熄滅火焰數(shù) 2，成功完成任務(wù)。小車同時(shí)將其熄滅并語(yǔ)音播報(bào)狀態(tài)：熄滅火源 1。將第 二根蠟燭熄滅后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)嫩構(gòu)顯示并語(yǔ)音播報(bào)：已熄滅火源 2。 小車完成此過(guò)程的示意圖如圖 52 所示： 圖 52小車路線示意圖（測(cè)試 2） （ 3）在場(chǎng)地中隨機(jī)放置兩根蠟燭，小車能夠依次找到蠟燭并將火焰熄滅。所用時(shí)間總計(jì) 秒。權(quán)值大于 0 時(shí)又有 1 和 2 兩種情況。 滅火子程序的流程圖如圖 41 所示： 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 26 圖 41 滅火子程序流程圖 判斷檢測(cè)到火焰時(shí)的 Y 坐標(biāo) 關(guān)閉尋跡驅(qū)動(dòng) Y 坐標(biāo)為奇數(shù) 更正坐標(biāo)值 后退至上一個(gè)交點(diǎn)處 打開(kāi)尋跡驅(qū)動(dòng) 等待車到交點(diǎn)處 Y 坐標(biāo)為偶數(shù) 轉(zhuǎn)彎 僅使能“近視”火焰 傳感器 查詢中間傳感器以計(jì)算坐標(biāo) 在火焰處停下，延時(shí)，滅火 檢測(cè)是否滅掉火 返回 X＝ 3 處 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 27 傳感器數(shù)據(jù)處理及尋跡程序流程 我們用一個(gè)字節(jié)的 8 個(gè)位來(lái)代表車底的 8 個(gè)光電傳感器。該電路非常簡(jiǎn)單，是凌陽(yáng)公司的標(biāo)準(zhǔn)電路。滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路如圖 38所示： 圖 38滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路 在 Uin 處接單片機(jī)的 IO 口，通過(guò) IO口輸出高低電平可以實(shí)現(xiàn)三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)滅火風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)控制。 火焰?zhèn)鞲衅鞯陌惭b 我們所設(shè)計(jì)的火焰?zhèn)鞲衅髟诿恳粋?cè)都有一“近視”火焰?zhèn)鞲衅骱汀斑h(yuǎn)視”火常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 20 焰?zhèn)鞲衅鳌．?dāng)車體中間通過(guò)白線時(shí)，小車在相應(yīng)的坐標(biāo)方向上加一計(jì)數(shù)。 因此我們考慮用比較器的方案。這樣可以非常方便的實(shí)現(xiàn)通過(guò) PC 機(jī)的并口往單片機(jī)中下載程序。當(dāng)檢測(cè)到奇數(shù)列上有火焰時(shí)，小車需要前進(jìn)半個(gè)黑格的距離再拐彎去滅火。 方案 4：小車出來(lái)啟動(dòng)區(qū)后首先沿豎直方向走到場(chǎng)地的邊界，在這個(gè)過(guò)程中檢測(cè)第一列 6 個(gè)黑方格中是否存在著火焰，一旦檢測(cè)到火焰便 停下將火吹滅。即將火焰?zhèn)鞲衅餮b在舵機(jī)的舵盤(pán)上，在啟動(dòng)區(qū)旋轉(zhuǎn)舵盤(pán)掃描場(chǎng)地，當(dāng)掃描到火焰時(shí)記下火焰的坐標(biāo)。 （ 2） 該方案最不容易克服的缺點(diǎn)就是即使知道了火焰的坐標(biāo)，從小車的當(dāng)前位置走到火焰的位置的路線不易確定。當(dāng)小車在列上進(jìn)行掃描時(shí)，容易檢測(cè)到比較遠(yuǎn)的距離的火焰而產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷。 方案 1：小車由啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)，先沿第一列走到中間，同時(shí)檢測(cè)第一列啟動(dòng)區(qū)到中間 的 6 個(gè)黑方格中的火焰。 （ 15） L298N 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 CH451 可以通過(guò)級(jí)聯(lián)的串行接口與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，因此占用單片機(jī)的 IO 口較少。用 8X8 的LED 點(diǎn)陣顯示當(dāng)前的滅火狀態(tài)。因此需要在車上顯示這些數(shù)據(jù)。 顯示臺(tái)顯示模塊 方案 1：用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 因此我們選用了方案 3。 車載語(yǔ)音模塊和控制臺(tái)語(yǔ)音模塊 方案 1：選擇專門(mén)的語(yǔ)音存儲(chǔ)芯片 ISD1420，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行錄放音的控制。 v=2***100/60=能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。在車輪的內(nèi)側(cè)貼上一個(gè)光電碼盤(pán)，用光電對(duì)管對(duì)碼盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)?；舳絺鞲衅骼玫木褪腔舳?yīng)。光電開(kāi)關(guān) E3FDS10C4 操作簡(jiǎn)單，使用方便。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來(lái)，再