【文章內(nèi)容簡介】 證 CH451 能夠很好的實現(xiàn)數(shù)碼管和 LED 點陣的驅(qū)動。 因此我們使用數(shù)碼管和 LED 點陣作為車載顯示。 最終方案 經(jīng)過反復論證，我們最終確定了如下方案： 車體用鋁合金車架手工制作。 采用 AT89S52 單片機作為主控制器。 用 3 節(jié)鋰電池為直流電機供電，用兩組每組兩節(jié)電池分別為單片機傳感器和舵機供電。 用 RPR220 型光電對管進行尋跡。 遠紅外火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅鳌? L298N 作為直流電機的驅(qū)動芯片。 凌陽 61B 板作為語音控制模塊。 DF 無線收發(fā)模塊用來遠程傳輸數(shù)據(jù)。 4X8 的 LCD 在遠程控制臺實時顯示小車當前狀態(tài)。 系統(tǒng)的結(jié)構框圖如圖 4 所示： 圖 4 系統(tǒng)結(jié)構框圖 系統(tǒng)整體方案設計 對于本系統(tǒng)來說，要實現(xiàn)的目的是能夠滅掉兩個或更多的火源，并且能夠返回啟動區(qū)。由于場地為方格型場地，而我們的 光電對管可以順利的實現(xiàn)尋跡，轉(zhuǎn)彎與方格的計數(shù)。而不能判斷小車前進的方向?；诖?，我們共設想了如下幾種方案，并通過實驗驗證而最終選中一種最終方案。 方案 1：小車由啟動區(qū)啟動，先沿第一列走到中間，同時檢測第一列啟動區(qū)到中間的 6 個黑方格中的火焰。然后返回到場地中間處徑直往右走到場地的中間，在這個過程中并不檢測小車的火焰?zhèn)鞲衅鳌Ｗ叩街虚g后在向上走檢測兩次的6 個黑方格中是否有火焰。如此這樣每走半列就檢測 6 個黑方格，一直掃描完所有的黑方格，圖中標有 X 的黑方格即為每條路徑掃描到的方格。一旦檢測到火焰小車即停下將火吹滅。小 車行進路線的示意圖如圖 5 所示： 圖 5 小車行進路線示意圖（方案 1） 這樣小車可以掃描到所有的黑方格來檢測有沒有火源。 但是這種掃描方法有如下幾種缺點： 這種檢測需要的時間太多。 由于傳感器可以檢測到較遠的距離，所以不容易實現(xiàn)小車只檢測兩側(cè)的 6個黑方格。當小車在列上進行掃描時，容易檢測到比較遠的距離的火焰而產(chǎn)生錯誤的判斷。 這種檢測方法走的路程較多，小車略顯不夠智能。 方案 2：小車先走到中間的白線，然后橫向走到場地的邊界，同時檢測兩側(cè)是否有火焰，如果有火焰的話記下火焰的列坐標。然后小車返回到場地中間在順向走一 遍，同時檢測兩側(cè)是否有火焰，如果有火焰的話記下火焰的行坐標。這種尋找火焰的方式可以克服火焰?zhèn)鞲衅鳈z測距離較遠的問題。小車的路線示意圖如圖 6 所示： 圖 6 小車行進路線示意圖（方案 2） 這樣在小車走完一遍橫向和縱向的路程后，就可以知道任意位置的火焰的坐標。知道了火焰的坐標后就可以知道區(qū)吹滅火焰。 但是這種方案也有如下幾個缺點： 小車所處的位置坐標以及火焰的坐標不容易確定。 該方案最不容易克服的缺點就是即使知道了火焰的坐標，從小車的當前位置走到火焰的位置的路線不易確定。坐標與坐標之間的連接方式有很多，因此有很多條 路徑，而且小車在走每條路徑的同時又需要檢測前方是否有障礙物。因此還需要避障傳感器。這在無形中為系統(tǒng)硬件和軟件的設計增加了難度。如果不讓小車避障的話，又要把每一條路徑的信息都編進程序里去，這么多的信息處理量是不容易實現(xiàn)的。 因此我們放棄了這種方案，而去尋找其他的方法。 方案 3：我們還設想了一種不用固定路線的方案。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯姆较蛐蕴貏e好，我們可以設計遙望掃描方案。即將火焰?zhèn)鞲衅餮b在舵機的舵盤上，在啟動區(qū)旋轉(zhuǎn)舵盤掃描場地，當掃描到火焰時記下火焰的坐標。然后根據(jù)火焰的坐標確定滅火路線。 圖 7 小車行進路線示意 圖（方案 3） 這種方案經(jīng)過認真考慮，有如下幾個方面難以實現(xiàn)： 火焰?zhèn)鞲衅麟m然可以方向性很好的檢測到火焰，但是對于火焰的不同的遠近距離，火焰?zhèn)鞲衅鞑]有不同的輸出。因此用此種方案實現(xiàn)時，火焰的坐標難以確定。 當火焰的坐標確定后，小車前進的路線有很多條，而且有的路線上設有障礙物。因此要想讓小車實現(xiàn)題目的要求，還要加上避障傳感器。同時還存在著最優(yōu)路徑的判斷的問題。 考慮到本方案的系統(tǒng)實現(xiàn)有一定難度，因此我們放棄了此方案。 方案 4：小車出來啟動區(qū)后首先沿豎直方向走到場地的邊界，在這個過程中檢測第一列 6 個黑方格中是否存在著火焰，一旦檢測到火焰便停下將火吹滅。走到邊界后原地轉(zhuǎn)彎 180 度后走到場地的中間再向右掃描，在向右的過程中檢測路徑的兩側(cè)是否有火焰。 圖 8 小車行進路線示意圖（方案 4） 我們在小車的兩側(cè)裝兩組火焰?zhèn)鞲衅?，每組包含兩個火焰?zhèn)鞲衅鳌Ｃ拷M火焰?zhèn)鞲衅鞫加幸粋€報上了一層黑塑料薄膜以縮短其檢測范圍。這樣在小車的每一側(cè)就都有了一個“遠視”傳感器和一個“近視”傳感器。 在小車橫向掃 描時用“遠視”傳感器進行掃描。一旦掃描到火焰，就停下來，關閉“遠視”傳感器而打開“近視”傳感器，然后轉(zhuǎn)彎去滅火。 由于障礙物的存在，當檢測到偶數(shù)列上有火焰時，小車需要后退半個黑格的距離拐彎去滅火。當檢測到奇數(shù)列上有火焰時，小車需要前進半個黑格的距離再拐彎去滅火。 我們用一個“遠視”傳感器和一個“近視”傳感器是出于如下的考慮：小車轉(zhuǎn)彎后火焰?zhèn)鞲衅骺梢詸z測到遠列的火焰而停下滅火，使用這種“遠近視”傳感器交替使用可以較好的避免這種情況的出現(xiàn)。 經(jīng)試驗驗證，這種方案編程較容易實現(xiàn)，且工作穩(wěn)定。 因此我們選擇方案 4 作 為本系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。 2．硬件實現(xiàn)及單元電路設計 微控制器模塊的設計 Atmel 公司的 AT89S52 是 51 內(nèi)核的單片機。不用燒寫器而只用串口或者并口就可以往單片機中下載程序。 我們所設計的 51 最小系統(tǒng)板操作簡單，使用方便。我們的自制下載線可以將并口轉(zhuǎn)化為 7 線下載口。這樣可以非常方便的實現(xiàn)通過 PC 機的并口往單片機中下載程序。 51 最小系統(tǒng)板及并口轉(zhuǎn)下載線的示意圖如圖 9 所示： 圖 9 AT89S52 與并口連接圖 將并口線的 1 1 1 17 和 RST、地線通過 74LS373 鎖存器引出，做成七線下載頭 。其中并口的 1 15 和 16 引腳與單片機的 P1 口的 7 腳相連，再將所有的地共地。這樣通過 89S52 的下載軟件就可以方便的實現(xiàn)往 S52中下載程序。 光電對管電路的設計 我們設計并論證了兩種光電對管檢測及調(diào)理電路，電路原理圖分別如 10 和圖 11 所示： 圖 10 光電對管檢測電路 1 圖 10 所示電路中， R1 起限流電阻的作用，當有光反射回來時，光電對管中的三極管導通， R2 的上端變?yōu)楦唠娖?，此時 VT1 飽和導通，三極管集電極輸出低電平。 當沒有光反射回來時，光電對管中的三極管不導通， 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)試驗和示波器驗證，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