【正文】 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 31 頁 共 45 頁 參考文獻 [1] 趙德安， 單片機 原理與應(yīng)用， 北京： 機械工業(yè)出版社 ， 20xx． [2] 胡漢才 ， 單片機原理及其接口技術(shù) [M]， 北京 ： 清華大學(xué)出版社 20xx． [3] 朱正偉，何寶祥，數(shù)字電路邏輯設(shè)計，北京：清華大學(xué)出版社， 20xx． [4] 何寶祥 ，模擬電路及其應(yīng)用 ，北京：清華大學(xué)出版社， 20xx． [5] 高明，單片機微機接口與系統(tǒng)設(shè)計。 我還要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關(guān)心、關(guān)注和支持！ 大學(xué)的生活讓我有了堅強的性格，冷靜的頭腦和永遠(yuǎn)樂觀的態(tài)度。 首先要衷心感謝的是我 的指導(dǎo)教師！ 在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問的秘訣 ，還傳授了做人的準(zhǔn)則。 此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些特種領(lǐng)域，如排爆等行業(yè)，具有很強的實用價值。 表 7 滅火測試結(jié)果 實驗 組別 滅火個 數(shù) 未撲滅 火源位置 碰撞障礙 物個數(shù) 1 3 無 0 2 3 無 0 3 3 無 0 4 2 左上 1 5 3 無 0 6 2 左上 0 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 45 頁 6 實物展示 圖 34 小車的底層圖 圖 35 背面焊接圖 圖 36 俯視小車圖 L298N驅(qū)動板 STC89C52主控器 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28 頁 共 45 頁 圖 37 液晶顯示圖 圖 38 小車側(cè)視圖 圖 39 小車正視圖 第一行顯示已經(jīng)撲滅火源個數(shù) 小車行進狀態(tài) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 共 45 頁 7 結(jié)束語 本次畢業(yè)設(shè)計按照課題 “基于單片機的滅火機器人模型的設(shè)計”的要求設(shè)計了所需的硬 件電路，以 STC89C52 為主控中心 L298N、 LM7805 等芯片共同組成了本系統(tǒng)的硬件電路。在前三次的實驗中，小車全部實現(xiàn)無碰撞滅火，在第四次的實驗中小車在滅了第二個火源之后倒車撞倒了中間的障礙物，之后小車沒有檢測到第三個火源。然后再測試小車，沒有出現(xiàn)復(fù)位的情況了。于是用示波器測 量，滅火電機在啟動的時候，沒火電機兩端電壓有什么變化。最后把電路重新設(shè)計，采用 5 個遠(yuǎn)距離的火焰檢測傳感器，一個近距離檢測傳感器的方案。 1 腳本來是電壓輸入端，結(jié)果接成了 1 腳輸出端。 當(dāng) 左 側(cè) 火源 檢測到 火源時 ，單片機控制電機向 左 轉(zhuǎn)； 直到中間火源傳感器檢測到火源，然后前進到中間近距離火源傳感器檢測到火源。 為了簡化算法，本系統(tǒng)對傳感器的檢測都使用軟件查詢的方式。 0 1 右轉(zhuǎn) 45176。 電機部分硬件調(diào)試：這部分調(diào)試時檢查電機驅(qū)動部 分是否正確。上電后的調(diào)試 在確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，還要檢驗原理是否正確。 開始先對液晶顯示初始化，功能主要是對液晶的背光時間，背光等級，字符顯示格式，漢字顯示格式，和界面的初始化。在判定沒有火源時，（ 1）兩個傳感器都有信號，小車停止，后退之后右轉(zhuǎn) 90176。后 退 ， 右 轉(zhuǎn) 9 0 176。 開 始小 車 初 始 化是 否 有火 源避 障 模 塊 程 序滅 火結(jié) 束YN直 線 行 駛是 否 有 障 礙 物尋 找 火 源YN 圖 27 滅火小車系統(tǒng)總體流程圖 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 共 45 頁 尋火模塊的設(shè)計 開 始采 集 火 焰 傳感 器 的 信 號判 斷 火 源 位 置直 走左 轉(zhuǎn)左 中中 遠(yuǎn)左右右 中中 近右 轉(zhuǎn)滅 火結(jié) 束無 火有 火 圖 28 尋火模塊程序框圖 如圖 28 所示， 單片機 不斷讀火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?,當(dāng)有火時，單片機判斷火源位置。 滅火機器人的軟件部分可以分成主程序設(shè)計、尋火模塊、避障模塊、液晶顯示模塊、控制模塊等。機器語言是機器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程序 （稱為源程序）最終都必須翻譯成機器語言的程序（成為目標(biāo)程序），計算機才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是微機應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 共 45 頁 都可通過軟件編程而代替。 如圖 24 所示。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 RST：復(fù)位輸入。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng) P1常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 共 45 頁 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 可編程串行通道 128*8位內(nèi)部 RAM 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 圖 23 STC89C52引腳圖 本設(shè)計采用 宏晶公司的增強型系列的 STC89C52(其引腳圖如圖 23所示 )。 7805 芯片的輸入電壓可以為 9V、 12V、 15V不等，輸出電壓穩(wěn)定在 5V，正負(fù)誤差不超過 [10]。 8 個可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM 圖 21 液晶接口原理圖 如圖 21 所示，采用電位器調(diào)節(jié)液晶的輝度，單片機的 IO 口分別接液晶的 D0~D7總線，及 RS、 RW、 EN 的讀寫使能端。 內(nèi)含復(fù)位電路 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。具體的安裝位置實物圖如圖 18 所示： 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 45 頁 圖 18 避障傳感器安裝實物圖 液晶顯示模塊 顯示電路是滅火機器人與用戶交互的接口，用戶通過顯示來觀察滅火次數(shù)和小車行進狀態(tài)。避障模塊接口電路如圖17。為能讓對測量距離的調(diào)節(jié)，在信號輸出端需外接一個 1KΩ上拉電阻，調(diào)節(jié)電位器，即可調(diào)節(jié)測量的距離。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測與調(diào)理電路。 如表 2所示， 下面為 紅外接收二 極管 實測數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室 內(nèi)正常日光燈環(huán)境實測 結(jié)果。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。 紅外接收二極管的結(jié)構(gòu)如圖 13所示。它廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中 ， 如音響、 彩色電視機 、空調(diào)器、 VCD視盤機 、 DVD視盤機以及錄像機等。滅火風(fēng)扇的安裝實物圖如圖 11 和圖 12 所示： 圖 11 滅火風(fēng)扇安裝實物前視圖 圖 12 滅火風(fēng)扇俯視圖 火焰測量電路 火焰測量電路用來檢測火源點，該設(shè)計采用紅外接收二極管，它 能夠探測到波長在700納米～ 1000納米范圍內(nèi)的紅外光，探測角度為 60，其中紅外光波長在 880納米附近時，其靈敏度達到最大。 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。 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 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 共 45 頁 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(dǎo)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(fēng)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(fēng)扇產(chǎn)生的 風(fēng)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(yuǎn)，為了避免小車判斷不了火焰的遠(yuǎn)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(yuǎn)，線性度好，檢測準(zhǔn)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 。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 共 45 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(zhǔn)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(dāng)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(fēng)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(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計。 一旦發(fā)生災(zāi)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