【文章內(nèi)容簡介】 鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)，通過片內(nèi)的啟動程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。支持 JTAG 接口同時與 IEEE 標準兼容。 兩個具有獨立的預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時器/ 計數(shù)器，兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時器/ 計數(shù)器。具有獨立預(yù)分頻器的實時時鐘計數(shù)器，兩路 8 位 PWM，6 路分辨率可編程（2 到 16 位）的 PWM， 8 路 10 位 ADC，可以方便的進 行模數(shù)轉(zhuǎn)換。從方便使用和經(jīng)濟的角度考慮，我選擇了方案 4。 電機選擇本系統(tǒng)為智能電動車，對于電動車來說，其驅(qū)動電機的選擇就顯得十分重要。下面我們分析了幾種常見電機。步進電機由于其轉(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)。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。舵機，顧名思義是控制舵面的電動機。舵機的出現(xiàn)最早是作為遙控模型控制舵面、油門等機構(gòu)的動力來源，但是由于舵機具有很多優(yōu)秀的特性，在制作機器人時也時常能看到它的應(yīng)用。舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，轉(zhuǎn)動范圍一般不能超過 180 度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動當中。比方說機器人的關(guān)節(jié)、飛機的舵面等。直流電機能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，控制方便，因此我選擇以直流電機做為小車行進驅(qū)動電機，用舵機來做小車的驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機。 傳感器的選擇 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇火焰檢測有紫外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器以及 CCD 圖像傳感器。我綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。方案 1：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虼宋曳艞壛舜朔桨阜桨?2：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(zāi)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(zāi)立即做出反應(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 3：用光敏電阻作為傳感器。所謂光敏，就是對光反應(yīng)敏感。光敏電阻在光照條件下電阻值隨外界光照強弱（明暗）變化而變化的組件，光越強阻值越小，光越弱阻值越大。CDS 光敏電阻，靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及 γ 值一致性好等特點外，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下，仍能保持其高度的穩(wěn)定性和可靠性，廣泛應(yīng)用于光探測和光自控領(lǐng)域中。但自然光對光敏電阻影響較大，因此我們不采用此方案。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，不適合用于本系統(tǒng)。方案 5：用熱釋電紅外測溫傳感器，熱釋電紅外傳感器 TTS1000 和 TTS2022 系列是根據(jù) LiTaO3 的熱釋電效應(yīng)設(shè)計的，用作檢測器的熱釋電材料具有自發(fā)極化，其晶面能俘獲大氣中的自由電荷，從而保持中性，當晶面溫度稍有變化即引起自發(fā)極化強度的變化，從而使晶面電荷量發(fā)生相應(yīng)的變化。由于它是非接觸式測溫，用于測量火焰溫度非常方便。從經(jīng)濟和方便的角度考慮，我選擇了方案 5。 尋跡傳感器方案 1：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，因此我放棄了這個方案。方案 2：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 3：用 ST178 型光電對管。ST178 為反射取樣式紅外線對管作為核心傳感器件。它采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，以非接觸檢測方式，檢測距離可調(diào)整范圍大，410mm 可用。ST178 的示意圖和特性曲線如圖 23 所示。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。因此我選擇了方案 3。(a) ST178 示意圖 (b) ST178 特性表圖 23 ST178 的示意圖和特性曲線 避障傳感器的選擇方案 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)。而用單片機作為方波發(fā)生器未免有些浪費資源。因此我考慮其他的方案。方案 2：用紅外光電開關(guān) ST178 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)此做出判斷反應(yīng)，是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，當檢測到有障礙物的時候，光電對管就能夠接收到物體反射的紅外光，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均能檢測。光電對管ST178 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?？紤]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，我最終選擇了方案 2。 硬件總體設(shè)計方案經(jīng)過反復比較論證，我最終確定了如下方案：手工制作車體。采用 Atmega128 單片機作為主控制器。用 ST178 型光電對管進行避障。熱釋電紅外測溫傳感器作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅鳌298 作為直流電機的驅(qū)動芯片。使用蜂鳴器進行滅火報警。圖 24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 軟件總體設(shè)計方案 傳感器組把測得溫度分別通過模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機，單片機通過一定的處理，比較得出溫度最高的三個傳感器，根據(jù)能量在自由空間的衰減規(guī)律可知，火源與傳感器的距離與傳感器測得溫度的大小呈負相關(guān)，溫度越高，距離火源越近，所以，火源即在這三個傳感器所對的那個方向上。具體的方位可以通過相應(yīng)的公式計算出來，調(diào)ST178 光電對管尋跡 滅火風扇火焰?zhèn)鞲衅?聲音報警模塊L298 驅(qū)動直流電機Atmega128控制芯片光電開關(guān)避障模塊整小車方向并通過避障傳感器避障前進到火源位置驅(qū)動滅火風扇進行滅火。第 3 章 硬件單元電路設(shè)計本章主要講述了以 AT89S52 為主控制器，設(shè)計相關(guān)的硬件電路。主要硬件電路有：尋線與控制電路、電機驅(qū)動模塊、火焰檢測電路、滅火風扇驅(qū)動電路以及聲音報警電路。 電源電路ATMEGA128 需要 直流電壓、150mA 的峰值電流，在考慮到其它外圍芯片的供電電壓和功耗，最終選擇 LM2940 這種專為大功率供電使用的芯片提供 5V 供電，電源電路如圖 31。 （31） 微控制器模塊的設(shè)計 ATmega128 單片機介紹ATMEL 公 司 的 8 位 系 列 單 片 機 的 最 高 配 置 的 一 款 單 片 機 ， 應(yīng) 用 極 其 廣 泛　 　 ATmega128 主 要 特 性 如 下 ：　 　 高 性 能 、 低 功 耗 的 AVR 8 位 微 處 理 器 　 　 先 進 的 RISC 結(jié) 構(gòu) 　 　 – 133 條 指 令 – 大 多 數(shù) 可 以 在 一 個 時 鐘 周 期 內(nèi) 完 成 　 　 – 32 x 8 通 用 工 作 寄 存 器 + 外 設(shè) 控 制 寄 存 器 　 　 – 全 靜 態(tài) 工 作 　 　 – 工 作 于 16 MHz 時 性 能 高 達 16 MIPS 　 　 – 只 需 兩 個 時 鐘 周 期 的 硬 件 乘 法 器 　 　 非 易 失 性 的 程 序 和 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 　 　 – 128K 字 節(jié) 的 系 統(tǒng) 內(nèi) 可 編 程 Flash 　 　 壽 命 : 10,000 次 寫 / 擦 除 周 期 　 　 – 具 有 獨 立 鎖 定 位 、 可 選 擇 的 啟 動 代 碼 區(qū) 　 　 通 過 片 內(nèi) 的 啟 動 程 序 實 現(xiàn) 系 統(tǒng) 內(nèi) 編 程 　 　 真 正 的 讀 修 改 寫 操 作 　 　 – 4K 字 節(jié) 的 EEPROM 　 　 壽 命 : 100,000 次 寫 / 擦 除 周 期 　 　 – 4K 字 節(jié) 的 內(nèi) 部 SRAM 　 　 – 多 達 64K 字 節(jié) 的 優(yōu) 化 的 外 部 存 儲 器 空 間 　 　 – 可 以 對 鎖 定 位 進 行 編 程 以 實 現(xiàn) 軟 件 加 密 　 　 – 可 以 通 過 SPI 實 現(xiàn) 系 統(tǒng) 內(nèi) 編 程 　 　 JTAG 接 口 ( 與 IEEE 標 準 兼 容 ) 　 　 – 遵 循 JTAG 標 準 的 邊 界 掃 描 功 能 　 　 – 支 持 擴 展 的 片 內(nèi) 調(diào) 試 　 　 – 通 過 JTAG 接 口 實 現(xiàn) 對 Flash, EEPROM, 熔 絲 位 和 鎖 定 位 的 編 程 　 　 外 設(shè) 特 點 　 　 – 兩 個 具 有 獨 立 的 預(yù) 分 頻 器 和 比 較 器 功 能 的 8 位 定 時 器 / 計 數(shù) 器 　 　 – 兩 個 具 有 預(yù) 分 頻 器 、 比 較 功 能 和 捕 捉 功 能 的 16 位 定 時 器 / 計 數(shù) 器 　 　 – 具 有 獨 立 預(yù) 分 頻 器 的 實 時 時 鐘 計 數(shù) 器 　 　 – 兩 路 8 位 PWM 　 　 – 6 路 分 辨 率 可 編 程 （ 2 到 16 位 ） 的 PWM 　 　 – 輸 出 比 較 調(diào) 制 器 　 　 – 8 路 10 位 ADC 　 　 8 個 單 端 通 道 　 　 7 個 差 分 通 道 　 　 2 個 具 有 可 編 程 增 益 （ 1x, 10x, 或 200x） 的 差 分 通 道 　 　 – 面 向 字 節(jié) 的 兩 線 接 口 　 　 – 兩 個 可 編 程 的 串 行 USART 　 　 – 可 工 作 于 主 機 / 從 機 模 式 的 SPI 串 行 接 口 　 　 – 具 有 獨 立 片 內(nèi) 振 蕩 器 的 可 編 程 看 門 狗 定 時 器 　 　 – 片 內(nèi) 模 擬 比 較 器 　 　 特 殊 的 處 理 器 特 點 　 　 – 上 電 復 位 以 及 可 編 程 的 掉 電 檢 測 　 　 – 片 內(nèi) 經(jīng) 過 標 定 的 RC 振 蕩 器 　 　 – 片 內(nèi) /