【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 方案 4： 采用深圳宏晶公司的 STC89C52 高端單片機(jī)作為主控制器。 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 STC89X52 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。空 閑模式下， 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。 從方便使用和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，且 STC系列是國(guó)產(chǎn)的，我們選擇了方案 4。 電機(jī)選擇 下面我們分析了幾種常見(jiàn)電機(jī)： 本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車，對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本題要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，綜合考慮有一下兩種方案。 方案一：采用直流減速電機(jī)。直流 減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 10 / 56 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位，也能準(zhǔn)確引導(dǎo)小車駛向火源。 雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)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(shí)會(huì)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) 根據(jù)分析， 直流電機(jī)能夠較好的滿足本題的要求，控制方便，因此選擇以直流電機(jī)做為小車行進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò) 控制兩個(gè)電機(jī)的工作狀態(tài)來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)向的效果。 故本系統(tǒng)采用方案一 傳感器的選擇 （ 1）火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇 火焰檢測(cè)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。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(méi)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? 也不夠?qū)嵱茫虼吮菊撐姆艞壛舜朔桨? 方案 2： 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 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 11 / 56 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 傳感器主要芯片： LM393，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(kāi)關(guān)量 (可直接接單片機(jī) )。 （ 2）避障傳感器的選擇 方案 1： 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 12 / 56 用紅外光電開(kāi)關(guān) ST178進(jìn)行避障。光電開(kāi)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(méi)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(jiàn)光、不可見(jiàn)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)。 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，沒(méi)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。 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 13 / 56 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：采用 3節(jié) 可充電式鋰電池串聯(lián)共 電，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 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 14 / 56 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 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 15 / 56 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 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 16 / 56 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(kāi)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。 字節(jié)程序存儲(chǔ)空間； 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空 間； 4K 字節(jié) EEPROM 存儲(chǔ)空間 。 ； 字節(jié)程序存儲(chǔ)空間； 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間； 2KB 的 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、 T T2 4 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 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 17 / 56 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 單片機(jī)暑期培訓(xùn) (實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 )報(bào)告紙 18 / 56 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(kāi)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(kāi)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