【文章內(nèi)容簡介】 變換電路為舵機供電。采用此種供電方式后，單片機和傳感器工作穩(wěn)定，舵機直流電機工作互不影響，且電池的體積較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求。綜上考慮，我們選擇了方案3。方案1：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(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)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我們放棄了這個方案。方案3：用RPR220型光電對管。RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。RPR220采用DIP4封裝，其具有如下特點：（1） 塑料透鏡可以提高靈敏度。（2） 內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。（3） 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。當發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。因此我們選擇了方案3。 火焰?zhèn)鞲衅髂K火焰檢測有溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器以及CCD圖像傳感器。我們綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。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。但是熱電偶感應(yīng)的范圍太廣，而且由于火焰只是周圍溫度稍高且范圍較窄。試驗驗證用熱電偶檢測火焰精度不高，因此我們放棄了此方案。方案2：用煙霧傳感器。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用與火警檢測。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的，沒有太大的煙霧，因此用煙霧傳感器作為此小型電動車的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱茫虼宋覀兎艞壛舜朔桨?。方?：用紫外傳感器檢測火焰。紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獞?yīng)用于火災消防系統(tǒng)，尤其是一些易燃易爆場所，用來監(jiān)測火焰的產(chǎn)生。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，對明火特別敏感，能對火災立即作出反應(yīng)。但是紫外傳感器檢測的范圍太大，不適用于本系統(tǒng)。方案4：用CCD圖像傳感器。用CCD圖像傳感器可以檢測各種被檢測量，適用于各種量的檢測。但是用CCD圖像傳感器需要處理的信號量太大，且體積較大，不使用與本系統(tǒng)。方案5：用遠紅外傳感器。經(jīng)試驗驗證，遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測距離遠，線性度好，檢測準確，且體積較小。很適用于本題目的要求。因此我們選擇了方案5。在火焰?zhèn)鞲衅髂K的設(shè)計中，我們在車體的前頭的兩側(cè)離地大約15－20cm（相當于火焰高度）處安裝遠紅外火焰?zhèn)鞲衅?，且每一?cè)裝有兩個。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測距離很遠，為了避免錯誤檢測遠處火焰的情況的出現(xiàn)，我們把每一側(cè)的較低的傳感器用黑色塑料紙包住。經(jīng)實驗驗證，這樣處理過的火焰?zhèn)鞲衅髦荒軝z測到一個方格距離的火焰，而對遠距離的火焰沒有反應(yīng)。我們把用黑塑料包住的傳感器稱為“近視”傳感器，把沒有處理過的稱為“遠視”傳感器?！敖暋眰鞲衅骱汀斑h視”傳感器配合交替使用，可以更好的完成計劃任務(wù)。 避障模塊方案1：用超聲波傳感器進行避障。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，再被超聲波傳感器接收。然后將這信號放大后送入單片機。超聲波傳感器在避障的設(shè)計中被廣泛應(yīng)用。但是超聲波傳感器需要40KHz的方波信號來工作，因為超聲波傳感器對工作頻率要求較高，偏差在1％內(nèi)，所以用模擬電路來做方波發(fā)生器比較難以實現(xiàn)。而用單片機來作方波發(fā)生器未免有些浪費資源。因此我們考慮其他的方案。方案2：用紅外光電開關(guān)進行避障。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)，是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均能檢測。光電開關(guān)E3FDS10C4操作簡單，使用方便。當有光線反射回來時，輸出低電平。當沒有光線反射回來時，輸出高電平。考慮到本系統(tǒng)只需要檢測簡單障礙物，沒有十分復雜的環(huán)境。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案2。方案1：用霍耳傳感器進行測速。當載流導體或半導體出于與電流相垂直的磁場中時，在其兩端將產(chǎn)生電位差。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)?；舳絺鞲衅骼玫木褪腔舳?yīng)。如果在車輪的內(nèi)側(cè)裝上一條細磁鐵，把霍耳傳感器同樣裝在車輪的內(nèi)側(cè)，測量火焰?zhèn)鞲衅鞯妮敵鼍涂梢灾儡囕嗈D(zhuǎn)過的圈數(shù)?；舳鷤鞲衅魇欠墙佑|式測量，而且對灰塵、濕度、振動等環(huán)境條件不敏感。特性也不隨時間而變化。雖然霍耳傳感器具有眾多優(yōu)點。但是由于我們的電動車較小，比較細小的磁鐵不易尋找。因此我們嘗試著尋找其它的方案。方案2：用RPR220型光電對管進行測速。在車輪的內(nèi)側(cè)貼上一個光電碼盤，用光電對管對碼盤進行檢測。光電對管照射到黑色和白色的邊界時輸出信號會有跳變。將跳變的輸出信號送給單片機進行檢測就可以得到輪子的轉(zhuǎn)速。由于我們電動車的尋跡都是用的RPR220型光電對管，所以用該型號光電對管進行測速時可以使用同樣的調(diào)理電路。從使用的方便和靈活性考慮，我們選擇了方案2。本系統(tǒng)為智能電動車，對于電動車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機的選擇就顯得十分重要。由于本題要實現(xiàn)對路徑的準確定位和精確測量，我們綜合考慮了一下兩種方案。方案1：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。方案2：采用直流減速電機。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。我們所選用的直流電機減速比為1：74，減速后電機的轉(zhuǎn)速為100r/min。我們的車輪直徑為6cm，因此我們的小車的最大速度可以達到V=2πrv=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。方案1：采用專用芯片L298N作為電機驅(qū)動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。方案2：對于直流電機用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。由分立元件構(gòu)成電機驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，在實際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。因此我們選用了方案1。方案1：選擇專門的語音存儲芯片ISD1420，通過單片機進行錄放音的控制。用這種方法雖然比較簡介方便，但是在地址模式所占IO口較多,在操作模式下進行隨機播放又需快進,較適合于順序播放。且存儲空間較小，只能存儲總計20s的語音，無法進行語音識別。為了能更好的使用語音播放和語音辨識，我們放棄了此方案。方案2：選擇DSP進行語音識別，DSP具有很強的信息處理能力，能夠進行語音的存儲錄放和語音的辨識，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。方案3：使用凌陽精簡板開發(fā)板61B板，該精簡開發(fā)板體積小，使用方便，且具有凌陽系列的很強的語音處理功能，且具有語音播報和辨識的模塊。凌陽61單片機是16位單片機，具有DSP功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘頻率可達49MHz，具有運算速度高等優(yōu)勢。這些都為語音處理和辨識準備了很好的條件。因此我們選用了方案3。無線數(shù)據(jù)傳輸被廣泛應(yīng)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)通信、機器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像的傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。方案1：用DF無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。DF無線發(fā)射模塊通訊方式為調(diào)頻AM，工作頻率為315MHz，為ISM頻段，發(fā)射頻率500mW。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。系統(tǒng)中為保證穩(wěn)定，采用芯片PT2262,PT2272M4進行數(shù)據(jù)編解碼，由于數(shù)據(jù)傳輸量較小，經(jīng)過測試，方案可行。方案2：其他無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，如nRF40紅外線或藍牙模塊，由于其價格較昂貴，不利于調(diào)試，而且系統(tǒng)中不需傳輸大量的數(shù)據(jù)，因此我們放棄了此方案。DF無線收發(fā)模塊由于其優(yōu)良的特性和低廉的價格而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及日常商品中，因此我們選擇了此方案。方案1：用數(shù)碼管進行顯示。數(shù)碼管由于顯示速度快，使用簡單，顯示效果簡潔明了而得到了廣泛應(yīng)用。但是由于我們計劃在顯示臺顯示小車前進的路線、路程以及當前的滅火狀態(tài)。用數(shù)碼管無法顯示如此豐富的內(nèi)容，因此我們放棄了此方案。方案2：用LCD液晶進行顯示。LCD由于其顯示清晰，顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，使用方便，顯示快速而得到了廣泛的應(yīng)用。對于此系統(tǒng)我們選用4X8的LCD能夠很好的滿足顯示要求，因此我們選擇了此方案。為滿足題目要求，需要在車上顯示小車走過的路程，滅火時間、數(shù)目以及當前的滅火狀態(tài)。因此需要在車上顯示這些數(shù)據(jù)。方案1：用OCM2X8C液晶屏。該液晶屏可以兩行顯示數(shù)字、漢字，也可以實現(xiàn)繪圖功能。顯示清晰。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。但是由于小車是在不停的運動中，使用液晶屏在遠距離觀測時顯示不易觀察。因此我們考慮其他的更好的方案。方案2：用8位數(shù)碼管進行顯示小車走過的路程，滅火時間和數(shù)目。用8X8的LED點陣顯示當前的滅火狀態(tài)。由于車載顯示模塊只是用來顯示路程、時間和滅火數(shù)目，都為一些數(shù)字，這就為數(shù)碼管的使用變成了可能。數(shù)碼管顯示亮度高，遠程觀測也比較醒目。使用高亮度LED發(fā)光管構(gòu)成點陣，通過編程控制可以顯示中英文字符、圖形及視頻動態(tài)圖形。我們用LED點陣來動態(tài)圖形的顯示當前的滅火狀態(tài)。數(shù)碼管的驅(qū)動是用CH451實現(xiàn)的。CH451是一個整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制以及uP監(jiān)控的多功能外圍芯片。CH451內(nèi)置RC振蕩電路，可以動態(tài)驅(qū)動8位數(shù)碼管或者64位LED，具有BCD譯碼、閃爍、移位等功能。CH451可以通過級聯(lián)的串行接口與單片機交換數(shù)據(jù)，因此占用單片機的IO口較少。實驗驗證CH451能夠很好的實現(xiàn)數(shù)碼管和LED點陣的驅(qū)動。因此我們使用數(shù)碼管和LED點陣作為車載顯示。經(jīng)過反復論證，我們最終確定了如下方案：（1） 車體用鋁合金車架手工制作。（2） 采用AT89S52單片機作為主控制器。（3） 用3節(jié)鋰電池為直流電機供電，用兩組每組兩節(jié)電池分別為單片機傳感器和舵機供電。（4） 用RPR220型光電對管進行尋跡。（5） 遠紅外火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?。?） L298N作為直流電機的驅(qū)動芯片。（7） 凌陽61B板作為語音控制模塊。（8） DF無線收發(fā)模塊用來遠程傳輸數(shù)據(jù)。（9） 4X8的LCD在遠程控制臺實時顯示小車當前狀態(tài)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示：2節(jié)鋰電池AT89S52光電對管尋跡火焰?zhèn)鞲衅鱈298N驅(qū)動直流電機3節(jié)鋰電池光電開關(guān)避障模塊滅火風扇2節(jié)鋰電池DF無線發(fā)射模塊DF無線接收模塊4X8LCD液晶屏顯示SPCE061B車載數(shù)碼管和LED點陣SPCE061B語音播報語音播報光電對管測速圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖對于本系統(tǒng)來說，要實現(xiàn)的目的是能夠滅掉兩個或更多的火源，并且能夠返回啟動區(qū)。由于場地為方格型場地，而我們的光電對管可以順利的實現(xiàn)尋跡，轉(zhuǎn)彎與方格的計數(shù)。而不能判斷小車前進的方向?；诖耍覀児苍O(shè)想了如下幾種方案，并通過實驗驗證而最終選中一種最終方案。方案1：小車由啟動區(qū)啟動，先沿第一列走到中間，同時檢測第一列啟動區(qū)到中間的6個黑方格中的火焰。然后返回到場地中間處徑直往右走到場地的中間，在這個過程中并不檢測小車的火焰?zhèn)鞲衅?。走到中間后在向上走檢測兩次的6個黑方格中是否有火焰。如此這樣每走半列就檢測6個黑方格，一直掃描完所有的黑方格，圖中標有X的黑方格即為每條路徑掃描到的方格。一旦檢測到火焰小車即停下將火吹滅。小車行