【文章內容簡介】 所示，OUT1和OUT2，OUT3和OUT4分別接2個直流電機，ININININ4引腳從單片機接輸入控制電平，控制電機的正反轉，ENA、ENB接控制器使能端，控制電機的停轉，L298的邏輯功能表如表1所示：表1電機轉動狀態(tài)編碼左電機右電機左電機右電機電動車運行狀態(tài)IN1IN2IN3IN41010正轉正轉前行1001正轉反轉左轉1011正轉停以左電機為中心原地左轉0110反轉正轉右轉1110停正轉以右電機為中心原地左轉0101反轉反轉后退對于電機的調速，我們采用PWM調速的方法，其原理就是開關管在一個周期內的導通時間為t，周期為T，則電機兩端的平均電壓U=Vcc*(t/T)=aVcc。其中，a=t/T（占空比），Vcc是電源電壓，電機的轉速與電機兩端的電壓成正比例，而電機兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機的速度與占空比成比例，占空比越大，電機轉的越快。在硬件電路的連接上，我們將單片機的IO口分別連接到L298的IN1和IN2上，通過改變單片機IO口上的高低電平變化以控制小車的前進方向，通過改變單片機IO口上的高低電平的占空比以控制電機的轉速[8]。PWM配合橋式驅動電路L298N實現(xiàn)直流電機調速，非常簡單，且調速范圍大。，以穩(wěn)定電機，不至于對單片機造成干擾，實際的使用效果不錯，省掉了通過光耦隔離TPL521實現(xiàn)單片機輸出信號與電機驅動信號隔離的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。 滅火驅動電路 如圖10所示，滅火電機驅動采用B772三極管驅動，當單片機給低電平信號時，三極管導通，接通滅火電機的電源，開啟風扇滅火。圖10 滅火電機驅動 火焰測量電路火焰測量電路用來檢測火源點，該設計采用紅外接收二極管，它能夠探測到波長在700納米～1000納米范圍內的紅外光，探測角度為60，其中紅外光波長在880納米附近時，其靈敏度達到最大。紅外接收二極管將外界紅外光的強弱變化轉化為電流的變化，通過電壓反應數(shù)值的變化。外界紅外光越強，數(shù)值越小；紅外光越弱，數(shù)值越大。紅外接收二極管結構如圖13所示： 圖13 紅外接收二極管紅外接收二極管又叫紅外光電二極管，也可稱紅外光敏二極管,英文名Infrared receiverdiode。它廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中，如音響、彩色電視機、空調器、VCD視盤機、DVD視盤機以及錄像機等。它廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中，如音響、彩色電視機、空調器、VCD視盤機、DVD視盤機以及錄像機等。紅外接收二極管能很好地接收紅外發(fā)光二極管發(fā)射的波長為940nm的紅外光信號，而對于其他波長的光線則不能接收。因而保證了接收的準確性和靈敏度[12]。 紅外接收二極管的結構如圖13所示。最常用的型號為RPM301B。紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用μPC1373H、CX20106A等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。如表2所示，下面為紅外接收二極管實測數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室內正常日光燈環(huán)境實測結果。表2 火焰?zhèn)鞲衅鲗崪y結果無火源時，對著日光燈10cm20cm30cm40cm50cm60cm70cm80cm90cm100cm 圖14 火焰測量電路原理圖在該電路中，當火焰?zhèn)鞲衅鳑]有檢測到火焰時，火焰?zhèn)鞲衅鞑粚ǘ沟没鹧鎮(zhèn)鞲衅鞯年枠O上拉電阻R4上拉為高電平，經(jīng)電壓器比較器比較后輸出低電平，LED燈亮。當檢測到火焰時，火焰?zhèn)鞲衅鲗?，電壓比較器輸出高電平，LED燈滅。經(jīng)試驗驗證，本電路工作性能穩(wěn)定，能耗較低，能夠較好的滿足題目的需要。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測與調理電路。 避障模塊 如圖15所示，本設計對障礙物的檢測采用E18D50NK型號的紅外傳感器。E18D50NK傳感器是一種紅外線反射式接近開關傳感器，用于物體的反射式檢測，該傳感器具有體積小，功耗低，應用方便，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。輸出信號為數(shù)字量，不需要進行A/D轉換，可直接與單片機的I/O口相連，檢測到目標時信號線輸出是低電平，正常狀態(tài)時為高電平。為能讓對測量距離的調節(jié)，在信號輸出端需外接一個1KΩ上拉電阻，調節(jié)電位器，即可調節(jié)測量的距離。圖15 E18D50NK紅外傳感器光電開關E18D50NK的技術參數(shù):輸出電流 DC/SCR/繼電器 Control output：100mA/5V供電消耗電流 DC25mA響應時間 2ms指向角：≤15176。,有效距離350CM可調檢測物體：透明或不透明體工作環(huán)境溫度：25℃~+55℃標準檢測物體：太陽光10000LX以下 白熾燈3000LX以下圖16 避障原理原理分析如圖16所示，E18D50NK紅外光電開關發(fā)射出紅外線，被物體阻斷或部分反射，E18D50NK內部紅外接收管接收到反射回來的紅外線，然后有一個由高到低的電壓變化，E18D50NK內部電壓比較器根據(jù)這個電壓的變化輸出數(shù)電信號給單片機處理。當有光線反射回來時E18D50NK信號腳輸出低電平[11]。避障模塊接口電路如圖17。圖17 避障模塊接口電路 避障模塊的安裝 在避障傳感器的設計中，我們在車體底盤的前端裝有二個避障傳感器，用來起到避開障礙物的作用。兩個傳感器微微向兩邊傾斜一點，防止有障礙物時擦邊。具體的安裝位置實物圖如圖18所示： 圖18 避障傳感器安裝實物圖 液晶顯示模塊顯示電路是滅火機器人與用戶交互的接口，用戶通過顯示來觀察滅火次數(shù)和小車行進狀態(tài)。為了顯示更人性化和美觀化，選擇LCD1602液晶，工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16*02即32個字符，微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。液晶結構如圖19圖20所示： 圖19 1602液晶結構圖 圖20 LCD1602引腳圖管腳功能如表3所示：表3引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極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：，對比度可調內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。 直流電源設計電源部分的設計主要采用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，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，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合電機的工作電壓，本設計選取了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 單片機系統(tǒng)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。 單片機選型現(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，為單片機的應用提供廣闊的天地。本設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