【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 煙霧傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器以及CCD圖像傳感器。本論文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(cè)。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(dòng)車的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱?，因此本論文放棄了此方案方?：用紫外傳感器檢測(cè)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(chǎng)所，用來(lái)監(jiān)測(cè)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(qiáng)，對(duì)明火特別敏感，能對(duì)火災(zāi)立即做出反應(yīng)。但是紫外傳感器檢測(cè)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(duì)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(qiáng)弱（明暗）變化而變化的組件，光越強(qiáng)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(diǎn)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(cè)和光自控領(lǐng)域中。方案4：用CCD圖像傳感器。用CCD圖像傳感器可以檢測(cè)各種被檢測(cè)量，適用于 各種量的檢測(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，不適合用于本系統(tǒng)。方案5：用熱釋電紅外測(cè)溫傳感器，熱釋電紅外傳感器凌陽(yáng)TN9系列是根據(jù)LiTaO3的熱釋電效應(yīng)設(shè)計(jì)的，用作檢測(cè)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(dāng)晶面溫度稍有變化即引起自發(fā)極化強(qiáng)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(cè)溫，用于測(cè)量火焰溫度非常方便。從經(jīng)濟(jì)和方便的角度考慮，本論文選擇了方案3，采用的火焰?zhèn)鞲衅髦饕酒篖M393，紅外接收頭。工作電壓：直流35V。其特點(diǎn)為：具有信號(hào)輸出指示。 單路信號(hào)輸出。 輸出有效信號(hào)為低電平。 用于檢測(cè)波長(zhǎng)在760納米～1100納米范圍內(nèi)的熱源。 探測(cè)角度達(dá)60度。 電路板輸出開關(guān)量(可直接接單片機(jī))。（2）避障傳感器的選擇方案1：用紅外光電開關(guān)ST178進(jìn)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(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，當(dāng)檢測(cè)到有障礙物的時(shí)候，光電對(duì)管就能夠接收到物體反射的紅外光，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)。光電對(duì)管ST178操作簡(jiǎn)單，使用方便。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出高電平。因此本論文考慮其他的方案。方案2：用紅外傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是：紅外傳感器是利用物體產(chǎn)生紅外輻射的特性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的傳感器。在物理學(xué)中，我們已經(jīng)知道可見光、不可見光、紅外光及無(wú)線電等都是電磁波，其中紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)?？紤]到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。為了使用方便及更易理解，便于操作和調(diào)試，本論文最終選擇了方案2。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案選擇方案一：采用專用芯片L293D作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L293D是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，L293D芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口通過(guò)光耦芯片提供信號(hào)；電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。方案二：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。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。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。通過(guò)比較，使用L293D芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且價(jià)格不高，故選用L293D驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電源模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。方案一：采用12V蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。方案二：，經(jīng)過(guò)7805的電壓變換后為單片機(jī)，傳感器和點(diǎn)擊供電。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為電機(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。因此我們放棄了此方案。方案三：用2節(jié)鋰電池經(jīng)另一套7805電壓變換電路為電機(jī)供電。再用12V蓄電池為系統(tǒng)供電，蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，電機(jī)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，采用了方案三。 硬件總體設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)反復(fù)比較論證，本論文確定了如下方案1. 采用STC89C52RC單片機(jī)作為主控制器.2. 用紅外傳感器進(jìn)行避障.3. 用光敏(實(shí)際為紅外)火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?4. L293D作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片.5. 用手機(jī)藍(lán)牙控制小車 軟件總體設(shè)計(jì)方案首先啟動(dòng)電源，連接藍(lán)牙，進(jìn)入藍(lán)牙控制模式，前后左右及啟動(dòng)電機(jī)，檢測(cè)到循跡的軌跡，紅外傳感器接受到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理，然后發(fā)送給電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，當(dāng)遇到障礙物能停下進(jìn)行躲避，遇到火源能執(zhí)行滅火動(dòng)作。 電源電路STC89C52需要正5V穩(wěn)壓直流電源，在考慮到其它外圍芯片的供電電壓和功耗，最終選擇7805這種輸出正5V直流電壓穩(wěn)壓供電的三端穩(wěn)壓集成電路，電源電路如下圖 微控制器模塊的設(shè)計(jì) STC89C52RC單片機(jī)介紹簡(jiǎn)介 STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。特性增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051, 工作電壓：～（5V單片機(jī)）/～（3V 單片機(jī)）,工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051 的0～80MHz，實(shí)際工作 頻率可達(dá)48MHz,用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié),片上集成512 字節(jié)RAM,通用I/O 口（32 個(gè)），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。；；3. 內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間。；；；。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú) 需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9. 共3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、TT2 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11. 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART 12. 工作溫度范圍：40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）13. PDIP封裝 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)用L293D芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良，從穩(wěn)定性方面考慮，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293D作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。L293D芯片的管腳圖如下圖概述L293D是一款單片集成的高電壓、高電流、4通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用于連接標(biāo)準(zhǔn)DTL或TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載（諸如繼電線圈、DC和步進(jìn)電機(jī)）和開關(guān)功率晶體管等等。為了簡(jiǎn)化為雙橋應(yīng)用，L293D每個(gè)通道對(duì)都配備了一個(gè)使能輸入端。L293D邏輯電路具有獨(dú)立的供電輸入，可在更低的電壓下工作。此外，L293D還內(nèi)置了箝位二極管。L293D適用于頻率達(dá)5 kHz的開關(guān)應(yīng)用。L293D是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用16腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)36V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)2A，持續(xù)工作電流為1A。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和繼電器線圈等感性負(fù)載；該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。特性 ?L293D每個(gè)通道的電流輸出能力達(dá)600 mA ? A（非重復(fù)） ?便于使能 ?L293D具有過(guò)溫保護(hù) ?邏輯“0” V（高抗噪性） ?內(nèi)置箝位二極管電機(jī)運(yùn)行邏輯關(guān)系 傳感器電路的設(shè)計(jì) 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，本論文選用LM324放大器的方案，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路緊湊且穩(wěn)定性好。LM324系列運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪拢?16V. LM324的特點(diǎn)：：3V32V ：最大100nA（LM324A）。 火焰?zhèn)鞲须娐返脑O(shè)計(jì)尺寸：35mm X 寬 11mm X 高 14mm 主要芯片：LM39火焰檢測(cè)探頭 工作電壓范圍：DC 312V （默認(rèn) 5V）