【文章內(nèi)容簡介】 于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)減速電機(jī)。 12V 電源 單獨(dú)給電機(jī)供電，再 用 7805 把 12V 電源降壓至5V 給單片機(jī)供電。 首先單片機(jī)根據(jù) 火焰 檢測 電路是否有火焰 信號(hào)，來判 斷小車是否前進(jìn)。如果沒有該信號(hào)，則一直等待。當(dāng)產(chǎn)生信號(hào)驅(qū)動(dòng)小車前 進(jìn) ，若遇到障礙物， 單片機(jī)根據(jù)程序設(shè)計(jì)的 要求 做出相應(yīng)的判斷送 給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，讓小車 來實(shí)現(xiàn) 前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等 基本 功能。 到達(dá)火災(zāi)地點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)通過晶閘管導(dǎo)通風(fēng)扇控制電路，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇滅火 。 硬件設(shè)計(jì)及主控芯片介紹 在滅火 小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，共用了 一片 AT89C52 單片機(jī)作為本控制系統(tǒng)的主控芯片，硬件設(shè)計(jì)模塊共分為： 避障 模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊、電源模塊、火焰檢測模塊 、風(fēng)扇模塊 。 AT89C52 主控芯片介紹 AT89C52 簡介 本系統(tǒng)的核心部件 AT89C52是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓 ,高性能 CMOS8位 主控制器 小車電機(jī)驅(qū)動(dòng) 避障模塊 火焰檢測模塊 電源部分 滅火風(fēng)扇電機(jī) 石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 單片機(jī) ,片內(nèi)含 2k字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM)和 128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM),器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash存儲(chǔ)單元，具有較高的性價(jià)比。設(shè)計(jì)本著應(yīng)用性，因此選擇 AT89C52單片機(jī)作為本控制系統(tǒng)的中央處理器。 AT89C52 包括： （ 1）一個(gè) 8 位微處理器 CPU。 （ 2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和特殊功能寄存器 SFR。 （ 3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM。 （ 4）兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0、 T1，可用作定時(shí)器，也可用以 對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì) 數(shù)。 （ 5）四個(gè) 8 位可編程的并行 I/O 端口，每個(gè)端口既可作輸 入，也可作輸出。 （ 6）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 （ 7）中斷控制系統(tǒng)。 （ 8）內(nèi)部時(shí)鐘電路。 AT89C52 單片機(jī)的基本組成如圖 32 所 示。 時(shí) 鐘 源 系 統(tǒng) 總 線 T0 T1 P 0 P 1 P 2 P 3 T X D R X D I N T0 I N T1 C P U時(shí) 鐘 電 路并 行 端 口串 行 端 口 中 斷 系 統(tǒng)S F R 和 R A MR O M定 時(shí) / 計(jì) 數(shù) 器 圖 32 AT89C52 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) AT89C52 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳 ， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ， 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口 ， 5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷 ， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口 ， 看門狗（ WDT）電路 ， 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外 ， AT89C52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下 ， CPU 暫停工作 ,而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器串行口 ， 外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 ， 掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù) ， 停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式 以適石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89C52 芯片的 40 個(gè)引腳功能 為： 1. Vcc：電源電壓。 2. GND：地。 3. P0 口（ ～ ）： 該端口為漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向口，它為外部低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線復(fù)用端口，驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P1 口（ ～ ）： 它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P1 口的驅(qū)動(dòng)能力為 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P2 口（ ～ ）： 它為一個(gè)內(nèi)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。 圖 33 AT89C52 管腳圖 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 。 避障模塊 方案 設(shè)計(jì) 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)管檢測及調(diào)理電路，電路原理圖分別如 圖 34P1 . 0P1 . 1P1 . 2P1 . 3P1 . 4P1 . 5P1 . 6P1 . 7R ST / V PDR X D / P3 . 0TX D / P3 . 1IN T0/ P3 . 2IN T1/ P3 . 3T 0 / P3 . 4T 1 / P3 . 5WR / P3 . 6RD / P3 . 7X TA L2X TA L112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262521222324VCCP0 . 0P0 . 1P0 . 2P0 . 3P0 . 4P0 . 5P0 . 6P0 . 7EA / V ppA LE / PR O GPS ENP2 . 7P2 . 6P2 . 5P2 . 4P2 . 3P2 . 2P2 . 1P2 . 0GNDAT 89 C 52石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 35 所示 ： 圖 34 光電對(duì)管檢測電路 1 圖 34 所示電路中， R1 起限流電阻的作用，當(dāng)有光反射回來時(shí)，光電對(duì)管中的三極管導(dǎo)通， R2 的上端變?yōu)楦唠娖?，此時(shí) VT1 飽和導(dǎo)通，三極管集電極輸出低電平。 當(dāng)沒有光反射回來時(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 35 光電對(duì)管檢測電路 2 在圖 35 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 的傳感器檢測與調(diào)理電路 。 該模塊在整個(gè)系統(tǒng)中也起到很大的作用，小車能否 順利地避開障礙物 順利石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 到達(dá)火源處全靠避障模塊的處理性能的快慢了。通過查閱相關(guān)資料，找到了一下兩種可行性方案： 避障模塊方案的設(shè)計(jì) 方案 1：小車車頭處裝有三個(gè)光電開關(guān)，中間一個(gè)光電開關(guān)對(duì)向正前方，兩側(cè)的光電開關(guān)向兩邊各分開 30 度。小車在行進(jìn)過程中由光電開關(guān)向前方發(fā)射出紅外線，當(dāng)紅外線遇到障礙物時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被光電開關(guān)接收。小車根據(jù)三個(gè)光電開關(guān)接受信號(hào)的情況來判斷前方障礙物的分布并做出相應(yīng)的動(dòng)作。光電開關(guān)的平均探測距離為 30cm。 方案 2： 用紅外光電開關(guān) ST178 進(jìn)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(duì)紅外光束的遮光或反射，當(dāng)檢測到有障礙物的時(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。光電對(duì)管 ST178 操作簡單，使用方便。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。 方案 3： 直流驅(qū)動(dòng)紅外探測器電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算電路如圖所示。 W1 和R1 及 V1 構(gòu)成 簡單直流發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)節(jié) W1 可以改變發(fā)光管的發(fā)光光強(qiáng)，從而調(diào)節(jié)探測距離， NE555 及其外圍元件構(gòu)成施密特觸發(fā)器，其觸發(fā)電平可通過 W2 控制，接收管 V2 和電阻 R2 構(gòu)成光電檢測電路。通過 NE555 第 3 腳輸出的 TTL 電平可以直接驅(qū)動(dòng)單片機(jī) I/O 口。由于 555 輸出信號(hào)為 TTL 電平，單片機(jī)檢測方便。 圖 36 避障電路圖 考慮到本系統(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，便于操作和調(diào)試，我最終選擇了方案 3。 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)具有高電石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 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。 L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)。其引腳排列如圖 37中 U4 所示， 1 腳和 15 腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)。L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電機(jī)， OUT OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)。 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA， ENB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。 也利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 信號(hào)接到 ENA， ENB 端子，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。 1 L298N 的 邏輯功能 ： 表 32 SHARP GP2D12 實(shí)物圖 2 外形及封裝： 圖 37 L298N 實(shí)物圖 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 38 所示： 石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 38 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊