【正文】 .............................................................. 32 謝辭 .................................................................................................................................. 33 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................... 34 附錄 .................................................................................................................................. 35 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 1 消防智能電動(dòng)車設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì) 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。 在老師的指導(dǎo)下，完成論文 。 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)：微控制器模塊和光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì)、尋跡光電對(duì)管的安裝、火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路的設(shè)、火焰?zhèn)鞲衅鞯陌惭b、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電路及安裝、測(cè)速計(jì)程模塊的安裝、語(yǔ)音識(shí)別電路的設(shè)計(jì)、無(wú)線收發(fā)模塊的實(shí)現(xiàn)。 從事消防裝備生產(chǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中一個(gè)奪目的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，是發(fā)展社會(huì)公益事業(yè)的大好事 。 三、工作內(nèi)容和要求： 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。 （ 3）能夠發(fā)現(xiàn)并撲滅第二個(gè)火焰。本系統(tǒng)同時(shí)通過(guò) DF無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行無(wú)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(tái)。當(dāng)機(jī)器人在無(wú)法靠近的火場(chǎng)工作時(shí)，人可以遠(yuǎn)程看到機(jī)器人所處位置及完成任務(wù)的情況。 三、 主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述： 通過(guò)上網(wǎng)，翻閱書本，找出相關(guān)的資料，進(jìn)行整理，了解基本的原理。 ~ 對(duì)消防智能電動(dòng)車進(jìn)行系統(tǒng)功能測(cè)試，從而得出結(jié)論。本系統(tǒng)同時(shí)通過(guò) DF 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行無(wú)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(tái)。當(dāng)機(jī)器人在無(wú)法靠近的火場(chǎng)工作時(shí)，人可以遠(yuǎn)程看到機(jī)器人所處位置及完成任務(wù)的情況。 （ 3） 用 3 節(jié)鋰電池為直流電機(jī)供電，用兩組每組兩節(jié)電池分別為單片機(jī)傳感器和舵機(jī)供電。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。 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 5 （ 2）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示路程。蠟燭置于方框的中間位置。其次，這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)，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。 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(dòng)前進(jìn)轉(zhuǎn)向模塊 滅火風(fēng)扇及其驅(qū)動(dòng)模塊 語(yǔ)音模塊 無(wú)線發(fā)射模塊 無(wú)線接收 模塊 語(yǔ)音模塊 顯示臺(tái)顯示模塊 避障模塊 車載顯示模塊 測(cè)速計(jì)程模塊 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 7 在安裝時(shí)我們并不把兩個(gè)萬(wàn)向輪裝在一個(gè)平面上。 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。如果單純的使用凌陽(yáng)單片機(jī)，在語(yǔ)音播報(bào)的同時(shí)小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情 況。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(yǔ)音錄放等功能。因此我們放棄了此方案。 尋跡傳感器模塊 方案 1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到 白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。煙霧傳感器廣 泛應(yīng)用與火警檢測(cè)。但是用 CCD 圖像傳感器 需要處理的信號(hào)量太大，且體積較大，不使用與本系統(tǒng)。 我們把用黑塑料包住的傳感器稱為“近視”傳感器，把沒有處理過(guò)的稱為“遠(yuǎn)視”傳感器。 因此我們考慮其他的方案。 測(cè)速計(jì)程模塊 方案 1：用霍耳傳感器進(jìn)行測(cè)速。但是由于我們的電動(dòng)車較小，比較細(xì)小的磁鐵不易尋找。 電機(jī)模塊 本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車，對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。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。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。 方案 3：使用凌陽(yáng)精簡(jiǎn)板開發(fā)板 61B 板，該精簡(jiǎn)開發(fā)板體積小，使用方便，且具有凌陽(yáng)系列的很強(qiáng)的語(yǔ)音處理功能，且具有語(yǔ)音播報(bào)和辨識(shí)的模塊。系統(tǒng)中為保證穩(wěn)定，采用芯片 PT2262,PT2272M4 進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼，由于數(shù)據(jù)傳輸量較小，經(jīng)過(guò)測(cè)試，方案可行。 LCD 由于其顯示清晰，顯示內(nèi)容豐富、清晰，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 12 顯示信息量大，使用方便，顯示快速而 得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于小車是在不停的運(yùn)動(dòng)中，使用液晶屏在遠(yuǎn)距離觀測(cè)時(shí)顯示不易觀察。 數(shù)碼管的驅(qū) 動(dòng)是用 CH451 實(shí)現(xiàn)的。 （ 12） 用 3 節(jié)鋰電池為直流電機(jī)供電，用兩組每組兩節(jié)電池分別為單片機(jī)傳感器和舵機(jī)供電。由于場(chǎng)地為方格型場(chǎng)地，而我們的光電對(duì)管可以順利的實(shí)現(xiàn)尋跡，轉(zhuǎn)彎與方格的計(jì)數(shù)。小車行進(jìn)路線的示意圖如圖 24所示： 圖 24小車行進(jìn)路線示意圖（方案 1） 這樣小車可以掃描到所有的黑方格來(lái)檢測(cè)有沒有火源。小車的路線示意圖如圖 25 所示： X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 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 14 圖 25小車行進(jìn)路線示意圖（方案 2） 這樣在小車走完一遍橫向和縱向的路程后，就可以知道任意位置的火焰的坐標(biāo)。 因此我們放棄了這種方案，而去尋找其他的方法。因此要想讓小車實(shí)現(xiàn)題目的要求，還要加上避障傳感器。 在小車橫向掃描時(shí)用“遠(yuǎn)視”傳感器進(jìn)行掃描。不用燒寫器而只用串口或者并口就可以往單片機(jī)中下載程序。如果輸出加施密特觸發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)良好的輸出波形。后端裝有三個(gè)傳感器，在場(chǎng)地邊界檢測(cè)，這樣可以防止小車沖出場(chǎng)地。 當(dāng)檢測(cè)到火焰時(shí)，火焰?zhèn)鞲衅鲗?dǎo)通，比較器輸出低電平。經(jīng)過(guò)這樣的改裝，“近視”傳感器可以只檢測(cè)到一個(gè)方格而遠(yuǎn)視傳感器可以檢測(cè)到 3個(gè)以上的方格。在鋁合金車架上常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 23 打一個(gè)圓孔， RPR220 型光電對(duì)管通過(guò)圓孔對(duì)光電碼盤進(jìn)行檢測(cè)就可以得到車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。這樣的無(wú)線收發(fā)模塊具有發(fā)射距離遠(yuǎn)，抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。由均值的值就可以得到小車的當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)而可以根據(jù)狀態(tài) 控制電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)小車的尋跡。 用這種權(quán)值相加然后平 均的尋跡算法同單純的判斷檢測(cè)到對(duì)管的位置并作出判斷的方法相比，程序思路清晰，程序執(zhí)行結(jié)果較好。小車按照預(yù)定路線將蠟燭熄滅后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)液晶屏顯示并語(yǔ)音播報(bào)：已熄滅火源。完成這些動(dòng)作所用時(shí)間為 秒。同時(shí)遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的液晶屏上繪圖顯示整個(gè)場(chǎng)地地圖以及小車當(dāng)前在地圖上的位置。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)液 晶屏可以實(shí)時(shí)顯示整個(gè)過(guò)程，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源 2。 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)。當(dāng)機(jī)器人在無(wú)法靠近的火場(chǎng)工作時(shí)，人可以遠(yuǎn)程看到機(jī)器人所處位置及完成任務(wù)的情況。 家人的理解與支持給予了我莫大的安慰和鼓勵(lì)。 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 33 謝辭 本文是在恩師鄧志輝 的悉心關(guān)懷與指導(dǎo)下完成的。顯示臺(tái)由 OCMJ4X8C 液晶屏和 2 個(gè)按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示和啟動(dòng)控制。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)液晶屏可以繪圖顯示小車回到初始位置?；鹪次恢眉靶≤嚠?dāng)前位置在液晶屏上能夠繪圖顯示。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源 2。完成此過(guò)程所用時(shí)間為 秒。走到第一列后豎直到底，然后返回場(chǎng)地中間的橫向白線處，按照橫向白線走到場(chǎng)地的盡頭后轉(zhuǎn)彎 180 度 ，返回啟動(dòng)區(qū)。 當(dāng)?shù)玫降脵?quán)值大于 0 時(shí)就可以知道小車現(xiàn)在在白線的偏右側(cè)。 無(wú)線發(fā)射模塊的電路圖如圖 313 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 24 圖 313無(wú)線發(fā)射模塊 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 25 第四章 軟件實(shí)現(xiàn) 滅火子程序流程圖 當(dāng)小車檢測(cè)到火焰時(shí)，由于有障礙物的存在，需要對(duì)不同坐標(biāo)上的火焰分別進(jìn)行判斷。 車輪的直徑為 6cm，車輪的周長(zhǎng)為 L＝ 2*π *R＝ 2**＝ 光電碼盤被平均分成了 36 份，每一份的弧長(zhǎng)為 L’ =L/36=假設(shè)單片機(jī)檢測(cè)到黑白信號(hào)的變化為 n，則 小車 走過(guò)的路程為 S＝ n* 語(yǔ)音識(shí)別電路的設(shè)計(jì) 我們采用的語(yǔ)音播放和語(yǔ)音辨識(shí)的電路與凌陽(yáng)單片機(jī)的接口電路如圖 312所示。 滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路 滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電壓為＋ 5V，為了增 強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，我們用三極管 8550 做驅(qū)動(dòng)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 21 電路以加大驅(qū)動(dòng)電流。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測(cè)與調(diào)理電路。具體的安裝位置實(shí)物圖如圖33所示： 圖 33車體前端尋跡傳感器實(shí)物圖 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 19 車體中間的傳感器可以實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎和 小車走過(guò)的方格的計(jì)數(shù)。究其原因，是因?yàn)楣饷羧龢O管和三極管 VT1 導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電流較大。我們的自制下載線可以將并口轉(zhuǎn)化為 7線下載口。 由于障礙 物的存在，當(dāng)檢測(cè)到偶數(shù)列上有火焰時(shí)，小車需要后退半個(gè)黑格的距離拐彎去滅火。 考慮到本方案的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有一定難度，因此我們放棄了此方案。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯姆较蛐蕴貏e好，我們可以設(shè)計(jì)遙望掃描方案。 但是這種方案也有如下幾個(gè)缺點(diǎn)： （ 1） 小車所處的位置坐標(biāo)以及火焰的坐標(biāo)不容易確定。 （ 2） 由于傳感器可以檢測(cè)到較遠(yuǎn)的距離，所以不容易實(shí)現(xiàn)小車只檢測(cè)兩側(cè)的6個(gè)黑方格。基于此，我們共設(shè)想了如下幾種方常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 13 案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證而最終選中一種最終方案。 （ 14） 遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰 傳感器。 CH451 內(nèi)置 RC振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8 位 數(shù)碼管或者 64位 LED，具有 BCD 譯碼、閃爍、移位等功能。 方案 2：用 8位數(shù)碼管進(jìn)行顯示小車走過(guò)的 路程，滅火時(shí)間和數(shù)目。 車載顯示模塊 為滿足題目要求，需要在車上顯示小車走過(guò)的路程，滅火時(shí)間、數(shù)目以及當(dāng)前的滅火狀態(tài)。 DF 無(wú)線收發(fā)模塊由于其優(yōu)良的特性和低廉的價(jià)格而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及日常商品中，因此我們選擇了此方案。這些都為語(yǔ)音處理和辨識(shí)準(zhǔn)備了很好的條件。 因此我們選用了方案 1。我們的車輪直徑為 6cm，因此我們的小車的最大速度可以達(dá)到 V=2π r 方案 1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 方案 2：用 RPR220 型光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。光電開關(guān)的工作原理是根據(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(wú)，其物體不限于常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 10 金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。 避障模塊 方案 1：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)距離遠(yuǎn)，線性度好，檢測(cè)準(zhǔn)確 ，且體積較小。 方案 3：用紫外傳感器檢測(cè)火焰。 火焰?zhèn)鞲衅髂K 火焰檢測(cè)有溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器以及 CCD 圖像傳感器。 方案 3：用 RPR220 型光電對(duì)管。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為直流電機(jī)供電時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。能夠滿足系統(tǒng)的要求。 方案 3：采用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器而用凌陽(yáng)單片機(jī)作為輔助控制器。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可