【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P2口的驅(qū)動(dòng)能力也為 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，作為高 8 位地址線。 P3 口（ ～ ）： 為內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙 向 I/O 口， P3 口除了作為一般的 I/O 口使用之外，每個(gè)引腳都具有第二功能。 P3 口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C52 的各種功能，如下表 31 所示。 表 31 P3 口各功能對(duì)照表 P3 . 2P3 . 3位 線 引 腳 第 二 功 能P3 . 01 0 R X D （ 串 行 輸 入 口 ）P3 . 11 1 T X D （ 串 行 輸 出 口 ）1 2 I N T0（ 外 部 中 斷 0 ）1 3 I N T1（ 外 部 中 斷 1 ）P3 . 41 4 T0（ 定 時(shí) 器 0 的 計(jì) 數(shù) 輸 入 ）P3 . 51 5 T1（ 定 時(shí) 器 1 的 計(jì) 數(shù) 輸 入 ）1 6 W R （ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 寫 脈 沖 ）1 7 R D （ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 讀 脈 沖 ）位 線 引 腳 第 二 功 能（ 串 行 輸 入 口 ）（ 串 行 輸 出 口 ）（ 外 部 中 斷 ）（ 外 部 中 斷 ）（ 定 時(shí) 器 的 計(jì) 數(shù) 輸 入 ）（ 定 時(shí) 器 的 計(jì) 數(shù) 輸 入 ）（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 寫 脈 沖 ）（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 讀 脈 沖 ）位 線位 線 引 腳引 腳 第 二 功 能第 二 功 能（ 串 行 輸 入 口 ）（ 串 行 輸 入 口 ）（ 串 行 輸 出 口 ）（ 串 行 輸 出 口 ）（ 外 部 中 斷 ）（ 外 部 中 斷 ）（ 外 部 中 斷 ）（ 外 部 中 斷 ）（ 定 時(shí) 器 的 計(jì) 數(shù) 輸 入 ）（ 定 時(shí) 器 的 計(jì) 數(shù) 輸 入 ）（ 定 時(shí) 器 的 計(jì) 數(shù) 輸 入 ）（ 定 時(shí) 器 的 計(jì) 數(shù) 輸 入 ）（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 寫 脈 沖 ）（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 寫 脈 沖 ）（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 讀 脈 沖 ）（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 讀 脈 沖 ）P3 . 7P3 . 6 4. RST：復(fù)位輸入。 RST 一旦變成高電平，所有的 I/O 引腳就復(fù)位到 “1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出 RST 引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需 12 個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。 5. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 6. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出 。 尋跡 系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 這里的尋 跡是 指小車在 地板上，尋著黑 線行走，通常采取的方法是 以下三種方案 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 方案 1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。 但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我 考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 方案 2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射， 若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本 能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我 放棄了這個(gè)方案。 方案 3：用 RPR220 型光電對(duì)管。 RPR220 是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。 RPR220 采用 DIP4 封裝，其具有如下特點(diǎn)： 塑料透鏡可以提高靈敏度。 內(nèi)置可見光過(guò)濾器能減小離散光的影響。 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。 當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。 因此我 選擇了方案 3。 RPR220主要使用一片 LM393比較器 芯片， 根據(jù)尋到黑線時(shí)，電壓進(jìn)行比較，傳回單片機(jī)一個(gè)值。 該 設(shè)計(jì)的 尋跡 原理 圖 322如 下所示： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 322 尋跡模塊 原理 圖 用 光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì) 我 設(shè)計(jì)并論證了兩種光電對(duì)管檢測(cè)及調(diào)理電路，電路原理圖分別如3221 和圖 3222 所示 ： 圖 3221 光電對(duì)管檢測(cè)電路 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 3221 所示電路中， R1 起限流電阻的作用，當(dāng)有光反射 回來(lái)時(shí)，光電對(duì)管中的三極管導(dǎo)通， R2 的上端變?yōu)楦唠娖剑藭r(shí) VT1 飽和導(dǎo)通，三極管集電極輸出低電平。 當(dāng)沒(méi)有光反射回來(lái)時(shí)，光電對(duì)管中的三極管不導(dǎo)通， VT1 截至，其集電極輸出高電平。 VT1 在該電路中起到濾波整形的作用。 經(jīng)試驗(yàn)和示波器驗(yàn)證，該電路工作性能一般，輸出還有雜散干擾波的成分。如果輸出加施密特觸發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)良好的輸出波形。 但是這種電路用電量比較大，給此種傳感器調(diào)理電路供電的電池壓降較快。究其原因，是因?yàn)楣饷羧龢O管和三極管 VT1 導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電流較大。 因此我 考慮用比較器的方案。 圖 3222 光電對(duì)管檢測(cè)電路 2 在圖 3222 中，可調(diào)電阻 R3 可以調(diào)節(jié)比較器的門限電壓，經(jīng)示波器觀察，輸出波形相當(dāng)規(guī)則，可以直接夠單片機(jī)查詢使用。 而且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證給此電路供電的電池的壓降較小。因此我選擇此電路作為我的傳感器檢測(cè)與調(diào)理電路 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 方案 1：采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 L298N 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，一片 L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。 方案 2：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。 因此我們選用了方案 1。 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖 323 所示： 圖 323 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊 原理圖 電源 系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)需要電池供電，我 考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。 方案 1： 采用 8 節(jié) 干電池供電，電壓達(dá)到 12V，給支流電機(jī)供電，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。并且電池的價(jià)格比較低 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 方案 2： 采用 3 節(jié) 可充電式鋰電池串聯(lián)共 給直流電機(jī)供電，經(jīng)過(guò) 7812 的電壓變換 后給支流電機(jī) 供電 ，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。 鋰 電池的電量比較足，并且可以充電，重復(fù)利用，因此，這種方案比較可行。但 鋰 電池的價(jià)格過(guò)于昂貴，使用 鋰 電池會(huì)大大超出我的預(yù)算，因此，我放棄了這種方案。 方案 3： 采用 12V蓄電池為 直流電機(jī) 供電 ，將 12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。 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。 但 蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便 ， 綜上考慮，我 選擇了方案 1。 顯示 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)需要顯示溫度，我考慮如下幾種方案來(lái)顯示： 方案 1：使用七段數(shù)碼管直接與單片機(jī)相連。需要八個(gè)段碼口接上拉電阻和三級(jí)管放大。其缺點(diǎn)占用口太多。 方案 2：使用 CD4511 芯片 直接與四位一體的七段 數(shù)碼共陰 管相連，優(yōu)點(diǎn)只占用八個(gè)數(shù)據(jù)口，四個(gè)片選口，四個(gè)段碼值口。唯一的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)管不能顯示小數(shù)點(diǎn)。 綜上考慮，我 選擇了方案 2。 顯示模塊電路設(shè)計(jì)如圖 325： 圖 325 LED 數(shù)碼顯示器是由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 用了 8 個(gè) LED 發(fā) 光二極管，其中 7 個(gè)用于顯示字符， 1 個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故通稱之為 7 段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 它分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。 1) 靜態(tài)顯示 所謂靜態(tài)顯示，就是在同一時(shí)刻只能顯示一種字符，或者說(shuō)被顯示的字符在同一時(shí)刻是穩(wěn)定不變的。其顯示方法比較簡(jiǎn)單，只要將顯示段碼送到段碼口，并把位控字送到 片選 口即可。 2) 動(dòng)態(tài)顯示 如果要在同一時(shí)刻顯示不同的字符，從電路上看，這是辦不到的。因此只能利用人眼對(duì)視覺(jué)的殘留，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方法，逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，每位顯示 1ms 左右， 可 人看起來(lái)就好象在同時(shí)顯示不同的字管一樣。 溫度 系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 本控制系統(tǒng) 采 用 18B20溫度傳感器。 它是以 9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值，具有如下特性： 1） 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通迅 2） 簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用 3） 無(wú)需外部器件 4） 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電 5） 零待機(jī)功耗 6） 測(cè)溫范圍 55~+125度，以 。 7） 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間 200MS（典型值） 8） 應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)。 它的引腳圖為： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 引腳說(shuō)明： 車體方案 設(shè)計(jì) 方案 1：購(gòu)買玩具電動(dòng)車。購(gòu)買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的說(shuō)來(lái)，玩具電動(dòng)車具有如下 缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn) 90 度甚至 180 度的彎角。再次，玩具電動(dòng)車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 而且這種電動(dòng)車一般都價(jià)格不菲。因此我們放棄了此方案。 方案 2：自己制作電動(dòng)車。經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮論證，我制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，前 萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流 減速 電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 車體前 部裝一個(gè)萬(wàn)向輪。 這樣，當(dāng)兩個(gè)直流 減速電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的 90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。 在安裝時(shí)我 保證兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪與 前萬(wàn)向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)后輪過(guò) 低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，前 萬(wàn)向輪起支撐作用。 對(duì)于車架材料的選擇，我們經(jīng)過(guò)比較選擇了有機(jī)玻璃。用有機(jī)玻璃做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。 綜上考慮，我們選擇了方案 2。 水泵、風(fēng)扇模塊 設(shè)計(jì) 采用的方案與驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)模塊一樣。采用的是 L298N。 本章小結(jié) 本章通過(guò)框圖的形式介紹了各個(gè)系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)，將 尋跡模塊 、 驅(qū)動(dòng) 電機(jī) 模塊 、 電源模塊 、 溫度模塊 、 顯示模塊 、水泵風(fēng)扇 等幾部分的設(shè)計(jì)思路作了詳細(xì)分析，通過(guò)閱讀本章內(nèi)容可對(duì)本 智能尋跡滅火 小車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)全面了解。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 對(duì)于一個(gè)完整控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，除了要有一個(gè)完整的硬件控制以外，還應(yīng)該有一個(gè)能充分發(fā)揮硬件功能的軟件系統(tǒng)來(lái)支持它，本章將詳細(xì)介紹 尋跡模塊 、 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 、 顯示模塊 、 溫度 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方法。 軟件設(shè)計(jì)思路 根據(jù)總體設(shè)計(jì)的思想及本 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，在軟件設(shè)計(jì)中完成以下功能 。 1. 尋跡模塊 主 程序：由 是否遇到黑線產(chǎn)生信號(hào)的操作，信號(hào)返回到單片機(jī)，再通過(guò)單片機(jī) 來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 主 程序： 主要用來(lái) 控制兩個(gè)直流減速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、前左轉(zhuǎn)、前右轉(zhuǎn)、后左轉(zhuǎn)、后右轉(zhuǎn)、停車等功能。 3. 顯示模塊主 程序：主要 通過(guò)單片機(jī) 用來(lái) 顯示實(shí)時(shí)溫度值 。 4. 溫度模塊 主 程序：主要 用 來(lái) 給單片機(jī)傳遞溫度的 相應(yīng)執(zhí)行模塊。 5. 水泵風(fēng)扇模塊 程序：主要用來(lái) 控制 一 個(gè) 水泵 和 風(fēng)扇 ，實(shí)現(xiàn) 噴水、吹風(fēng) 等功能。 系統(tǒng)程序流程圖 根據(jù)軟件的總體設(shè)計(jì)思想及本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，進(jìn)行其系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)程序流程圖共分為： 尋跡 程 模塊 序流程圖、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊程序流程圖、 顯示模塊 程序流程圖、 溫度模塊 程序流程圖、 水泵風(fēng)扇模塊 程序流程圖。 尋跡模塊 程序流程圖 在用戶沒(méi)有對(duì) 水缸裝滿和溫度沒(méi)到達(dá)上限 時(shí)，程序不停的進(jìn)行 水缸水位和溫度 掃描，直到 水位達(dá)到和溫度達(dá)到上限 的時(shí)候，程序跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的位置執(zhí)行。其 尋跡模塊 程序流程圖如下圖 41所示： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華