【文章內(nèi)容簡介】 方案 4： 采用深圳宏晶公司的 STC89C52 高端單片機作為主控制器。 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 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?？?閑模式下， 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位為止。最高運作頻率 35MHz， 6T/12T可選。 從方便使用和經(jīng)濟的角度考慮，且 STC系列是國產(chǎn)的，我們選擇了方案 4。 電機選擇 下面我們分析了幾種常見電機： 本系統(tǒng)為智能電動車，對于電動車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機的選擇就顯得十分重要。由于本題要實現(xiàn)對路徑的準確定位和精確測量，綜合考慮有一下兩種方案。 方案一：采用直流減速電機。直流 減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 10 / 56 方案二：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的計數(shù)，實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位，也能準確引導小車駛向火源。 雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，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做為小車行進驅(qū)動電機，通過 控制兩個電機的工作狀態(tài)來達到轉(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? 也不夠?qū)嵱茫虼吮菊撐姆艞壛舜朔桨? 方案 2： 用紫外傳感器檢測火焰。紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獞糜诨馂南老到y(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，相應速度 快，抗干擾能力強，對明火特別敏感，能對火災立即做出反應。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 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 11 / 56 值越大。 CDS光敏電阻，靈敏度高，反應速度快，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 傳感器主要芯片： LM393，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： 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 12 / 56 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，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，響應快等優(yōu)點。 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測簡單障礙物，沒有十分復雜的環(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，在實際應用中應用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 13 / 56 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：采用 3節(jié) 可充電式鋰電池串聯(lián)共 電，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 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 14 / 56 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 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 15 / 56 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位為止。最高運作頻率35MHz， 6T/12T可選。 特性 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 16 / 56 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。 字節(jié)程序存儲空間； 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空 間； 4K 字節(jié) EEPROM 存儲空間 。 ； 字節(jié)程序存儲空間； 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間； 2KB 的 EEPROM 存儲空間 。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程），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、 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 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 17 / 56 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 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 18 / 56 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