【文章內(nèi)容簡介】 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。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虼吮菊撐姆艞壛舜朔桨阜桨?：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。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，熱釋電紅外傳感器凌陽TN9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，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。其特點為：具有信號輸出指示。 單路信號輸出。 輸出有效信號為低電平。 用于檢測波長在760納米～1100納米范圍內(nèi)的熱源。 探測角度達60度。 電路板輸出開關(guān)量(可直接接單片機)。（2）避障傳感器的選擇方案1：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。因此本論文考慮其他的方案。方案2：用紅外傳感器進行避障。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，實現(xiàn)自動檢測的傳感器。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（高于絕對零度），都能輻射紅外線。紅外傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點?？紤]到本系統(tǒng)只需要檢測簡單障礙物，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。電機驅(qū)動電路方案選擇方案一：采用專用芯片L293D作為電機驅(qū)動芯片。L293D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，L293D芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口通過光耦芯片提供信號；電路簡單，使用比較方便。方案二：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。通過比較，使用L293D芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動步進電機，且價格不高，故選用L293D驅(qū)動電機。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。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。方案二：，經(jīng)過7805的電壓變換后為單片機，傳感器和點擊供電。經(jīng)過實驗驗證，當電池為電機供電時，單片機、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供電。再用12V蓄電池為系統(tǒng)供電，蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。采用此種供電方式后，單片機和傳感器工作穩(wěn)定，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，采用了方案三。 硬件總體設(shè)計方案經(jīng)過反復(fù)比較論證，本論文確定了如下方案1. 采用STC89C52RC單片機作為主控制器.2. 用紅外傳感器進行避障.3. 用光敏(實際為紅外)火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?4. L293D作為直流電機的驅(qū)動芯片.5. 用手機藍牙控制小車 軟件總體設(shè)計方案首先啟動電源，連接藍牙，進入藍牙控制模式，前后左右及啟動電機，檢測到循跡的軌跡，紅外傳感器接受到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機進行處理，然后發(fā)送給電機執(zhí)行相應(yīng)的動作，當遇到障礙物能停下進行躲避，遇到火源能執(zhí)行滅火動作。 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 STC89C52RC單片機介紹簡介 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存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。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。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(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、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。特性增強型8051單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051, 工作電壓：～（5V單片機）/～（3V 單片機）,工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051 的0～80MHz，實際工作 頻率可達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），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。；；3. 內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲空間。；；；。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（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16 位定時器/計數(shù)器。即定時器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），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART 12. 工作溫度范圍：40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）13. PDIP封裝 電機驅(qū)動電路的設(shè)計用L293D芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良，從穩(wěn)定性方面考慮，采用電機驅(qū)動芯片L293D作為電機驅(qū)動。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通道電機驅(qū)動，設(shè)計用于連接標準DTL或TTL邏輯電平，驅(qū)動電感負載（諸如繼電線圈、DC和步進電機）和開關(guān)功率晶體管等等。為了簡化為雙橋應(yīng)用，L293D每個通道對都配備了一個使能輸入端。L293D邏輯電路具有獨立的供電輸入，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、小電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用16腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達36V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達2A，持續(xù)工作電流為1A。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和繼電器線圈等感性負載；該芯片可以驅(qū)動兩臺直流電機。特性 ?L293D每個通道的電流輸出能力達600 mA ? A（非重復(fù)） ?便于使能 ?L293D具有過溫保護 ?邏輯“0” V（高抗噪性） ?內(nèi)置箝位二極管電機運行邏輯關(guān)系 傳感器電路的設(shè)計 在實際設(shè)計中，本論文選用LM324放大器的方案，設(shè)計出來的電路緊湊且穩(wěn)定性好。LM324系列運算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪?，+16V. LM324的特點：：3V32V ：最大100nA（LM324A）。 火焰?zhèn)鞲须娐返脑O(shè)計尺寸：35mm X 寬 11mm X 高 14mm 主要芯片：LM39火焰檢測探頭 工作電壓范圍：DC 312V （默認 5V）