【正文】 如圖 31 所示，滅火傳感器的安裝，開始設(shè)計的時候，只設(shè)計了 4 個火焰檢測傳感器，分別是前面裝兩個，一個近距離的一個遠距離的，然后左右各裝一個。用外用表測量電源的正負極，發(fā)現(xiàn)電阻很小。 本系統(tǒng)共使用 6 個 火焰 傳感器， 裝在 小車車頭 ，每隔 45 度角裝載一個 ，正前方裝有兩個，一個近距離的，一個遠距離的。 1 1 前進 如表 5 所示，紅外傳感器檢測到障礙時，小車將根據(jù)障礙物的方向控制轉(zhuǎn)向；在無障礙的情況下， 單片機控制電機 向前走 ；當右側(cè) 光電開關(guān) 檢測到 障礙時 ，單片機控制電機向 左 轉(zhuǎn) ；當 左 側(cè) 光電開關(guān) 檢測到 障礙時 ，單片機控制電機向 右 轉(zhuǎn)；當左、右兩側(cè)光電開關(guān) 都檢測到 障礙物 時，單片機控制電動機使其 后退，再右轉(zhuǎn) 90176。調(diào)試各模塊主要實現(xiàn)一下各功能： （ 1）電機驅(qū)動模塊：主要用來控制兩個直流電機，實現(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止等功能，這個模塊是實現(xiàn)避障和尋火模塊的基本條件； （ 2）避障模塊：通過檢測 ，實現(xiàn)小車的左避障、右避障和后退右轉(zhuǎn)避障； （ 3）尋火模塊：通過檢測 ~，單片機控制電機行進到火源的位置； （ 4） 顯示模塊：在 LCD1602上分別顯示小車的滅火次數(shù)和行進狀態(tài) 避障的 實現(xiàn) 根 據(jù) 紅外 傳感器工作原理，當檢測到 前方障礙物時 信號線將 被 置為低電平 ，信號線均與單片機相連， 提供單片機 檢測 。 紅外接收部分硬件調(diào)試：這一部分調(diào)試主要是檢查測量環(huán)境光線與火源的輸出電壓等一系列問題。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。 圖 30 液晶顯示控制流程圖 設(shè)第一行顯示位置延時顯示第一行內(nèi)容設(shè)第二行內(nèi)容LCD 初始化顯示第二行內(nèi)容開始武漢工程大學綜合設(shè)計報告 第 22 頁 共 51 頁 第五章 系統(tǒng)的調(diào)試 硬件的調(diào)試 硬件調(diào)試主要是對紅外接收二極管、紅外光電對管、直流電機進行調(diào)試。；（ 3）當左邊傳感器有信號時，小車停下并右轉(zhuǎn) 45176。沒有障礙，小車就直行尋光。 避障模塊設(shè)計 有左右都 有否有無開 始采 集 紅 外 電對 管 信 號判 斷 障 礙 位 置右 轉(zhuǎn) 4 5 176。這樣編程結(jié)構(gòu)簡單，由于子程序模塊與硬件電路一一對應(yīng)，所以調(diào)試起來十分方便。 [13] 本系統(tǒng)就選用了 C 語言來編制本設(shè)計的程序。因此需充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與 S51 系列單片機相對應(yīng)的程序設(shè)計語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法進行軟件編程。 12XTAL30pFC130pFC2GND10uFCRST10KR1VCC GNDResX1X2 圖 24 時鐘電路 圖 25 復位電路 單片機的復位需要至少持續(xù)兩個機器周期以上的高電平的時間，所以在剛開始上電的時候圖 25 中的電容充電，所以在單片的復位引腳 RST 上會出現(xiàn)大于 2 個機器周期的高電平，給單片機復位，在單片機的運行過程中上電單片機就會自動復位。 1 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時 ，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 全靜態(tài)工作： 0Hz40Hz 與 MCS51 兼容 該器件與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 武漢工程大學綜合設(shè)計報告 第 15 頁 共 51 頁 圖 22 直流電源輸出電路 單片機系統(tǒng) 單片機亦稱單片微電腦或單片微型計算機 ， 它是把中央處理器（ CPU）、隨機存取存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、輸入 /輸出端口（ I/0）等主要計算機功能部件集成在一塊電路芯片上的微型計算機。 并且完全能夠滿足壁障小車單片機控制系統(tǒng)和 L298N 芯片的邏輯供電的供電需要。 有 80 字節(jié) 顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM 液晶結(jié)構(gòu)如圖 19 圖 20 所示： 圖 19 1602 液晶結(jié)構(gòu)圖 圖 20 LCD1602 引腳圖 管腳功能如表 3 所示： 表 3 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 液晶特性如下： 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點陣 型液晶模塊。 避障模塊的安裝 在避障傳感器的設(shè)計中，我們在車體底盤的前端裝有二個避障傳感器，用來起到避開障礙物的作用。 ,有效距離 350CM 可調(diào) 檢測物體：透明或不透明體 工作環(huán)境溫度： 25℃ ~+55℃ 標準檢測物體：太陽光 10000LX 以下 白熾燈 3000LX 以下 圖 16 避障原理 原理分析如圖 16 所示， E18D50NK 紅外光電開關(guān)發(fā)射出紅外線，被物體阻斷或部分反射， E18D50NK 內(nèi)部紅外 接收管接收到反射回來的紅外線，然后有一個由高到低的電壓變化， E18D50NK 內(nèi)部電壓比較器根據(jù)這個電壓的變化輸出數(shù)電信號給單片機處理。E18D50NK 傳感器是一種紅外線反射式接近開關(guān)傳感器，用于物體的反射式檢測，該傳感器具有體積小，功耗低，應(yīng)用方便，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。當檢測到火焰時，火焰?zhèn)鞲衅鲗?，電壓比較器輸出高電平， LED 燈滅。前些年常用 μPC1373H、CX20206A 等紅外 接收專用放大電路。 武漢工程大學綜合設(shè)計報告 第 10 頁 共 51 頁 紅外接收管是一種光敏二極管。紅外接收二極管能很好地接收 紅外發(fā)光二極管 發(fā)射的波長為 940nm的紅外光信號，而對于其他波長的光線則不能接收。外界紅外光越強，數(shù)值越??；紅外光越弱，數(shù)值越大。 另外本設(shè)計特別在直流電機的電樞兩端并聯(lián)一個 的瓷片電容，以穩(wěn)定電機，不至于對單片機造成干擾，實際的使用效果不錯，省掉了通過光耦隔離 TPL521 實現(xiàn)單片機輸出信號與電機驅(qū)動信號隔離的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。 武漢工程大學綜合設(shè)計報告 第 8 頁 共 51 頁 VCC9VC4OUT12OUT23OUT313OUT414IS INA1IS ISB15IN15IN27IN310IN412INA6INB11GND8U6L298D13 D14 D15 D16D21 D22 D23 D249V5VGNDGND12J9JP212J10JP2GND GNDD25 D26D20D19PWMAPWMB123456J4JP6PWMAPWMB5V1kR191kR201kR211kR221 2J312J8D17LED 貼片1kR235VGNDIN1IN2IN3IN4電機驅(qū)動模塊 圖 9 電機控制原理圖 如圖 9 所示， OUT1 和 OUT2， OUT3 和 OUT4 分別 接 2 個直流電機， IN ININ IN4 引腳從單片機接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)， ENA、 ENB 接控制器使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)， L298 的邏輯功能表如表 1 所示： 表 1 電機轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼 左電機 右電機 左電機 右電機 電動車運行狀態(tài) IN1 IN2 IN3 IN4 1 0 1 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 前行 1 0 0 1 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 1 0 1 1 正轉(zhuǎn) 停 以左電機為中心原地左轉(zhuǎn) 0 1 1 0 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 1 1 1 0 停 正轉(zhuǎn) 以右電機為中心原地左轉(zhuǎn) 0 1 0 1 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 后退 對于電機的調(diào)速，我們采用 PWM 調(diào)速的方法，其原理就是開關(guān)管在一個周期內(nèi)的導通時間為 t，周期為 T，則電機兩端的平均電壓 U=Vcc*(t/T)=aVcc。v=2***100/60=能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求；實現(xiàn)滅火工作的是采用 12V直流風扇，試驗所采用的火源為小蠟燭產(chǎn)生的火焰，火勢較小，直流風扇產(chǎn)生的風力足夠在幾秒內(nèi)滅火。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。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測距離很遠，為了避免小車判斷不了火焰的遠近的情況出現(xiàn)，我們設(shè)計了一路近距離火焰?zhèn)鞲衅鳌?經(jīng)驗證 紅外接受二極管檢測距離遠，線性度好，檢測準確，且體積較小 在機器人 設(shè)計 中，紅外火焰探頭起著非常重要的作用，它可以用作機器人的眼睛來尋找火源或 其他物體 。 武漢工程大學綜合設(shè)計報告 第 6 頁 共 51 頁 ? 紅外接收二極管識別火焰方案 圖 7 紅外接收二極管原理圖 紅外接收二極管 可以用來探測波長在 700nm ~ 1000nm 范圍內(nèi)的紅外線，探測角度為 60176。光敏電阻在燈光下，易受干擾 在一定范圍內(nèi)空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生變化，光敏電阻受外界干擾比較大，抗干擾能力極差，誤差偏大，不能準確測定火源位置 [5][6]。綜合論證這幾種傳感器，因本設(shè)計使用蠟燭模擬火源，對環(huán)境溫度影響小，煙霧少，排除 了煙霧傳感器。當沒有光線反射回來時，輸出高電平 [4][7]。 圖 3 超聲波傳感器原理圖 方案 2: 用紅外光電開關(guān)進行避障。超聲波傳感器在避障的設(shè)計中被廣泛應(yīng)用 [2]。 滅火機器人模型的測量方案 避障及火焰測量 是滅火機器人最重要部分之一，它是實現(xiàn)其他功能的基本條件，這一部分性能好壞將關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計一個成本低、可靠性高、滅火效率高、調(diào)試簡便的測量方案是該設(shè)計的關(guān)鍵。 控制模塊，控制模塊主要由電機驅(qū)動電路、滅火模塊等組成，實現(xiàn)對驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)及開啟風扇滅火。 單片機火 焰 檢 測 模 塊避 障 模 塊滅 火 模 塊電 機 驅(qū) 動 模 塊顯 示 模 塊 圖 1 系統(tǒng)原理方框圖 滅火機器人的整體設(shè)計 滅火機器人由四部分組成： 數(shù)據(jù)采集模塊，主要由火焰采集模塊和避障模塊構(gòu)成，實現(xiàn)了滅火機器人的對各類參數(shù)的采集，是控制器核心部分。自動避障通過紅外光電開關(guān)感應(yīng)前方的障礙物，程序判斷處理控制小車轉(zhuǎn)彎避開障礙物。 自動滅火避障智能小車可以理解為機器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機器人。機器人已經(jīng)實現(xiàn)了全數(shù)字交流伺服驅(qū)動控制，絕對位置反饋。同時機器人機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 課題的研究現(xiàn)狀 智能小車方面：智能小車，也稱輪式機器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機、機械等多學科的科技創(chuàng)意性設(shè)計。 一旦發(fā)生災害事故，消防員面對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時，若沒有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進現(xiàn)場，不僅不能完成任務(wù)，還會徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊已歷經(jīng)諸多血的教訓。系統(tǒng)加入液晶顯示器，使得系統(tǒng)具有可查看滅火的次數(shù)的人性化特點。系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為控制核心，創(chuàng)新自制火焰?zhèn)鞲衅饔糜诨鹧嫣綔y，紅外光電傳感器用于探測障礙物， L298驅(qū)動電機前后轉(zhuǎn)動， LCD1602 液晶顯示器用于顯示滅火個數(shù)。此設(shè)計以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)并以單片機技術(shù)為核心，依據(jù)傳感器的信號傳入單片 機實現(xiàn)各種指令處理。哈爾濱工業(yè)大學出版社 ， 1995. [6] 樓然苗，李光飛， 51 單片機設(shè)計實例 [M]，北京航空航天大學出版社， 2020,． [7] 陳黎敏，傳感器技術(shù)及其應(yīng)用，機械工業(yè)出版社