【正文】 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 18 避障傳感器安裝實(shí)物圖 液晶顯示模塊 顯示電路是滅火機(jī)器人與用戶交互的接口，用戶通過顯示來觀察滅火次數(shù)和小車行進(jìn)狀態(tài)。 如表 2所示， 下面為 紅外接收二 極管 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室 內(nèi)正常日光燈環(huán)境實(shí)測(cè) 結(jié)果。滅火風(fēng)扇的安裝實(shí)物圖如圖 11 和圖 12 所示： 圖 11 滅火風(fēng)扇安裝實(shí)物前視圖 圖 12 滅火風(fēng)扇俯視圖 火焰測(cè)量電路 火焰測(cè)量電路用來檢測(cè)火源點(diǎn)，該設(shè)計(jì)采用紅外接收二極管，它 能夠探測(cè)到波長(zhǎng)在700納米～ 1000納米范圍內(nèi)的紅外光，探測(cè)角度為 60，其中紅外光波長(zhǎng)在 880納米附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。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。光敏電阻在燈光下，易受干擾 在一定范圍內(nèi)空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生變化，光敏電阻受外界干擾比較大，抗干擾能力極差，誤差偏大，不能準(zhǔn)確測(cè)定火源位置 [5][6]。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用 [2]。自動(dòng)避障通過紅外光電開 關(guān)感應(yīng)前方的障礙物，程序判斷處理控制小車轉(zhuǎn)彎避開障礙物。 課題的研究現(xiàn)狀 智能小車方面：智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)。 該系統(tǒng)火焰 探測(cè)采用自制六路火焰?zhèn)鞲衅鳎怯晌迓愤h(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)。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。 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。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)。 ；，其中紅外線波長(zhǎng)在 880nm 附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大 。 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。 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。 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。 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。 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)。 低功耗的閑置和掉電模式 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。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)。高級(jí)語(yǔ)言是面向問題和計(jì)算過程的語(yǔ)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(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流 。；（ 2）右邊傳感器有信號(hào)時(shí)，就停下來再左轉(zhuǎn) 45176。 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。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。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。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)。有許許多多的舍不得，也有許許多多的感謝要說。把電容接上后，發(fā)現(xiàn)雜波明顯減少。近距離火焰?zhèn)鞲衅饔脕砼袛嗍欠駟?dòng)滅火風(fēng)扇； 表 6 小車檢測(cè)到火焰運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表 傳感器狀態(tài) 左 1 左 2 中近 中遠(yuǎn) 右 2 右 1 小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 1 1 1 1 1 1 前進(jìn) 0 1 1 1 1 1 左轉(zhuǎn) 1 0 1 1 1 1 左轉(zhuǎn) 1 1 1 0 1 1 前進(jìn) 1 1 0 0 1 1 停止 1 1 1 1 1 0 右轉(zhuǎn) 1 1 1 1 0 1 右轉(zhuǎn) 1 1 1 0 1 1 前進(jìn) 0 0 1 1 1 1 左轉(zhuǎn) 1 1 1 1 0 0 右轉(zhuǎn) 如表 6 所示，火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到火源時(shí)， 小車將根據(jù)火源的方向控 制轉(zhuǎn)向；在無火源的情況下， 單片機(jī)控制電機(jī) 向前走 ；當(dāng)右側(cè) 火焰?zhèn)鞲衅?檢測(cè)到 火源時(shí) ，單片機(jī)控制電機(jī)向 右 轉(zhuǎn)； 直到中間火源傳感器檢測(cè)到火源，然后前進(jìn)到中間近距離火源傳感器檢測(cè)到常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 共 45 頁(yè) 火源。 尋 火判 斷 前 面 火 源左 轉(zhuǎn) 4 5 176。 4 軟件設(shè)計(jì) 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 7805 芯片有 3 個(gè)引腳，分別為輸入 IN 端、輸出 OUT 端和接地 GND 端，通常情況下可以提供 的電流，在散熱足夠的情況下可以提供大于 的電流。兩個(gè)傳感器微微向兩邊傾斜一點(diǎn)，防止有障礙物時(shí)擦邊。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品 紅外接收頭 。滅火風(fēng)扇的安裝 滅火風(fēng)扇固定一根彎曲的鋁合金長(zhǎng)條上，可以上下搬動(dòng)控制滅火風(fēng)扇的角度。 紅外接收二極管與電阻分壓電路電位器比較電壓 單片機(jī)常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 共 45 頁(yè) 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 控制電路 本設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量采用直流減速電機(jī)。 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在 一定距離范圍內(nèi)，空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生任何變化。然后將這信號(hào)放大后送入單片機(jī)。滅火通過火焰檢測(cè)傳感器找到蠟燭， 控制電機(jī) 引導(dǎo)小車走向蠟燭附近并吹滅蠟燭。尤其是在高溫、有毒、易燃易爆等復(fù)雜環(huán)境中，為切實(shí)增強(qiáng)消防部隊(duì)撲救大火的能力，也為更好地保護(hù)廣大官兵的生命安全，配備消防機(jī)器人已勢(shì)在必行 。避障采用 E18D50NK 型號(hào)的光電傳感器，該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)。目前重點(diǎn)研究開放式、模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，具有良好的語(yǔ)言及圖形編輯界面。 人機(jī)交互單元，由按鍵及顯示單元組成。紅外光電開關(guān)操作簡(jiǎn)單，使用方便。 紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為 電壓 的變化，通過 電位比較器來反應(yīng)高低電平的變化 。 L298 驅(qū)動(dòng)芯片結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。紅外接收二極管能很好地接收 紅外發(fā)光二極管 發(fā)射的波長(zhǎng)為 940nm的紅外光信號(hào)，而對(duì)于其他波長(zhǎng)的光線則不能接收。E18D50NK 傳感器是一種紅外線反射式接近開關(guān)傳感器，用于物體的反射式檢測(cè)，該傳感器具有體積小，功耗低，應(yīng)用方便，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。 液晶結(jié)構(gòu) 如圖 19 圖 20 所示： 圖 19 1602 液晶結(jié)構(gòu)圖 圖 20 LCD1602 引腳圖 管腳功能如表 3 所示： 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 共 45 頁(yè) 表 3 引腳接口說明表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 液晶特性如下： 該器件與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 [13] 本系統(tǒng) 就 選用了 C 語(yǔ)言 來編制本設(shè)計(jì)的程序 。；（ 3）當(dāng)左邊傳感器有信號(hào)時(shí)，小車停下并右轉(zhuǎn) 45176。調(diào)試各模塊主要實(shí)現(xiàn)一下各功能： （ 1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：主要用來控制兩個(gè)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止等功能，這個(gè)模塊是實(shí)現(xiàn)避障和尋火模塊的基本條件； （ 2）避障模塊：通過檢測(cè) ，實(shí)現(xiàn)小車的左避障、右避障和后退右轉(zhuǎn)避障； （ 3）尋火模塊：通過檢測(cè) ~，單片機(jī)控制電機(jī)行進(jìn)到火源的位置； （ 4） 顯示模塊：在 LCD1602上分別顯示小車的滅火次數(shù)和行進(jìn)狀態(tài) 避障的 實(shí)現(xiàn) 根據(jù) 紅外 傳感器工作原理，當(dāng)檢測(cè)到 前方障礙物時(shí) 信號(hào)線將 被 置為低電平 ，信號(hào)線均與單片機(jī)相連， 提供單片機(jī) 檢測(cè) 。 如圖 31 所示，滅火傳感器的安裝，開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，只設(shè)計(jì)了 4 個(gè)火焰檢測(cè)傳感器，分別是前面裝兩個(gè)，一個(gè)近距離的一個(gè)遠(yuǎn)距離的，然后左右各裝一個(gè)。在第四次實(shí)驗(yàn)中，小車缺少后面缺少避障。 我愿在未來的學(xué)習(xí)過程中，以更加豐厚的 成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的 所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁(yè) 共 45 頁(yè) 致 謝 大學(xué)四年 的學(xué)習(xí)和生活就要隨著這篇論文的答辯而結(jié)束了。于是在滅火電機(jī)的電源端加了 的瓷片濾波電容，如圖32 所示。 本系統(tǒng)共使用 6 個(gè) 火焰 傳感器， 裝在 小車車頭 ，每隔 45 度角裝載一個(gè) ，正前方裝有兩個(gè)，一個(gè)近距離的，一個(gè)遠(yuǎn)距離的。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 共 45 頁(yè) 避障模塊設(shè)計(jì) 有左右都 有否有無開 始采 集 紅 外 電對(duì) 管 信 號(hào)判 斷 障 礙 位 置右 轉(zhuǎn) 4 5 176。 12XTAL30pFC130pFC2GND10uFCRST10KR1VCC GNDResX1X2 圖 24 時(shí)鐘電路 圖 25 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位需要至少持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平的時(shí)間，所以在剛開始上電的時(shí)候圖 25 中的電容充電，所以在單片的復(fù)位引腳 RST 上會(huì)出現(xiàn)大于 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平， 給 單片機(jī)復(fù)位，在單片機(jī)的運(yùn)行過程中上電單片機(jī)就會(huì)自動(dòng)復(fù)位。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 全靜態(tài)工作： 0Hz40Hz 并且完全能夠滿足壁障小車單片機(jī)控制系統(tǒng)和 L298N 芯片的邏輯供電的供電需要。 避障模塊的安裝 在避障 傳感器的設(shè)計(jì)中，我們?cè)谲圀w底盤的前端裝有二個(gè)避障傳感器，用來起到避開障礙物的作用。前些年常用 μPC1373H、CX20xx6A 等紅外接收專用放大電路。 圖 10 滅火電機(jī)驅(qū)動(dòng) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 共 45 頁(yè) 經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。 ? NTC 熱敏電阻和光敏晶體管測(cè)量方案 熱 敏電 阻電 路光 敏電 阻電 路A / D轉(zhuǎn) 換器單片機(jī) 圖 5 NTC 熱敏電阻和光敏電阻測(cè)量系統(tǒng)圖 如圖 5 所示，利 用 熱敏 或光敏 電阻的阻值隨溫度 光亮 變化的特性，將 熱敏或光敏電阻 與 線性 電阻構(gòu)成分壓電路，當(dāng)溫度 光亮 變化時(shí) 其 阻值變化， 進(jìn)而 分壓變化，然后將這電壓信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放放大調(diào)理成 0— 5V 的電壓信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)。超聲波傳感器的原理如圖 3 所示：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，再被超聲波傳感器接收。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 45 頁(yè) 課題任務(wù) 根據(jù)自動(dòng)控制的基本要求，自動(dòng)滅火避障智能小車必須在無人干預(yù)的情況下依靠處理器自動(dòng)完成所有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。消防部隊(duì)將面對(duì)的火災(zāi)和應(yīng)急救援的形勢(shì)相當(dāng)復(fù)雜。 此設(shè)計(jì)以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)并以單片機(jī)技術(shù)為核心 ， 依據(jù)傳感器的信號(hào)傳入單片機(jī)實(shí)現(xiàn)各種指令處理。同時(shí)機(jī)器人的控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化以