【文章內(nèi)容簡介】 極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極液晶特性如下：，對比度可調(diào)內(nèi)含復位電路提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM 圖21 液晶接口原理圖如圖21所示，采用電位器調(diào)節(jié)液晶的輝度，單片機的IO口分別接液晶的D0~D7總線，及RS、RW、EN的讀寫使能端。 直流電源設(shè)計電源部分的設(shè)計主要采用7805芯片，使用7805芯片搭建的電路的優(yōu)點是簡單、實用，78系列三端穩(wěn)壓IC組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。并且完全能夠滿足壁障小車單片機控制系統(tǒng)和L298N芯片的邏輯供電的供電需要。7805芯片有3個引腳，分別為輸入IN端、輸出OUT端和接地GND端。7805芯片的輸入電壓可以為9V、12V、15V不等，輸出電壓穩(wěn)定在5V，[10]。基于這樣的情況再結(jié)合電機的工作電壓，本設(shè)計選取了6節(jié)干電池9V作為7805的輸入電源，搭建的電源部分電路如圖22所示。 圖22 直流電源輸出電路單片機亦稱單片微電腦或單片微型計算機，它是把中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等主要計算機功能部件集成在一塊電路芯片上的微型計算機?，F(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，相輔相成，為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地。本設(shè)計采用宏晶公司的增強型系列的STC89C52(其引腳圖如圖23所示)。STC89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（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。該器件與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，STC89C52是一種高效微控制器， STC89C52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖23 STC89C52引腳圖主要特性：與MCS51 兼容 8K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz40Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路管腳說明：VCC：供電電壓；GND：接地；P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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。P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口，如下表4所示：表4 P3口的第二功能引 腳第二功能信 號 名 稱RXD串行數(shù)據(jù)接收TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送INT0外部中斷0請求INT1外部中斷1請求T0定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入T1定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入WR外部RAM寫選通RD外部RAM讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。1XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。1XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。（1）晶振電路晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，給單片機提供工作所需要的時鐘信號，本設(shè)計中采用了12 MHZ的晶振。如圖24所示。（2）復位電路系統(tǒng)采用硬件復位，STC89C52RC復位高電平有效，有效復位要保證RST端至少100 ms的高電平，電容的作用就是緩沖使RST端保持高電平一段時間，以達到有效復位，電容越大，保持的時間就越久。圖24 時鐘電路 圖25 復位電路單片機的復位需要至少持續(xù)兩個機器周期以上的高電平的時間，所以在剛開始上電的時候圖25中的電容充電，所以在單片的復位引腳RST上會出現(xiàn)大于2個機器周期的高電平，給單片機復位，在單片機的運行過程中上電單片機就會自動復位。4 軟件設(shè)計一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是微機應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此需充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與S51系列單片機相對應(yīng)的程序設(shè)計語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法進行軟件編程。程序設(shè)計語言有三種：機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言是機器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機器語言的程序（成為目標程序），計算機才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。高級語言是面向問題和計算過程的語言，它可通過于各種不同的計算機，用戶編程時不必仔細了解所用的計算機的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強，常常一個語句已相當于很多條計算機指令，于是用高級語言編制程序的速度比較快，也便于學習和交流。[13]本系統(tǒng)就選用了C語言來編制本設(shè)計的程序。使用C語言，大大減少程序的指令，可以快速地完成本設(shè)計的程序。滅火機器人的軟件部分可以分成主程序設(shè)計、尋火模塊、避障模塊、液晶顯示模塊、控制模塊等。該方案的編程思路是先確定主程序，之后根據(jù)各硬件電路功能來設(shè)計子程序模塊，最后再將各模塊嵌入主程序中。這樣編程結(jié)構(gòu)簡單，由于子程序模塊與硬件電路一一對應(yīng)，所以調(diào)試起來十分方便。本設(shè)計軟件方框圖如圖27所示，小車初始化后主程序開始判斷是否有火源，若沒有火，小車直線行駛，進行避障，繼續(xù)尋找火源；若有火就調(diào)用尋火程序模塊，找到火源并滅火。 圖27 滅火小車系統(tǒng)總體流程圖圖28尋火模塊程序框圖 如圖28所示，單片機不斷讀火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?當有火時，單片機判斷火源位置。當左邊的兩個傳感器有信號時，單片機控制電機左轉(zhuǎn)；當右邊的兩個傳感器有信號時，單片機控制直流電機右轉(zhuǎn)；當中間的遠紅外接收二極管有信號時，單片機控制電機直行；當中間的近紅外接收二極管有信號時，主程序調(diào)用滅火模塊熄滅火焰。 避障模塊設(shè)計圖29避障模塊流程圖 如圖29所示，單片機采集紅外光電對管的信號，判斷障礙的位置。沒有障礙，小車就直行尋光。有障礙時，首先判斷前面有無火源，如果有火源就進行避障，會影響滅火。在判定沒有火源時，（1）兩個傳感器都有信號，小車停止，后退之后右轉(zhuǎn)90176。；（2）右邊傳感器有信號時，就停下來再左轉(zhuǎn)45176。；（3）當左邊傳感器有信號時，小車停下并右轉(zhuǎn)45176。1602顯示控制程序框圖如圖30所示，液晶的數(shù)據(jù)接口是P0，每次對液晶的操作必須先拉高EN信號。開始先對液晶顯示初始化，功能主要是對液晶的背光時間，背光等級，字符顯示格式，漢字顯示格式，和界面的初始化。初始化完畢，下一步對各項參數(shù)顯示。圖30 液晶顯示控制流程圖5 系統(tǒng)的調(diào)試 硬件的調(diào)試硬件調(diào)試主要是對紅外接收二極管、紅外光電對管、直流電機進行調(diào)試。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。上電前的調(diào)試在上電前，必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。上電后的調(diào)試在確保硬件電路正常，無異常情況(斷路或短路)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，還要檢驗原理是否正確。同時針對以下各部分進行特別調(diào)試。紅外接收部分硬件調(diào)試：這一部分調(diào)試主要是檢查測量環(huán)境光線與火源的輸出電壓等一系列問題。光電管部分硬件調(diào)試：這部分調(diào)試主要是檢查測量當光電管檢測到障礙物后的輸出信號。 電機部分硬件調(diào)試：這部分調(diào)試時檢查電機驅(qū)動部分是否正確。單片機程序調(diào)試主要針對電機驅(qū)動模塊、避障模塊、尋火模塊、顯示模塊的調(diào)試，小車進行模塊化設(shè)計之后，非常容易調(diào)試，易于發(fā)現(xiàn)問題。調(diào)試各模塊主要實現(xiàn)一下各功能：（1）電機驅(qū)動模塊：主要用來控制兩個直流電機，實現(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止等功能，這個模塊是實現(xiàn)避障和尋火模塊的基本條件；（2）避障模塊：，實現(xiàn)小車的左避障、右避障和后退右轉(zhuǎn)避障；（3）尋火模塊：~，單片機控制電機行進到火源的位置；（4）顯示模塊：在LCD1602上