【正文】 由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。在此，我要對(duì)他表示由衷的感謝，同時(shí)也感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中所有幫助過我的人。經(jīng)過自己不斷的努力以及郭老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)的過程中雖然遇到很多困難，但經(jīng)過努力克服了困難解決了問題，最終完成了設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)運(yùn)用了單片機(jī)、紅外尋跡傳感器，直流電機(jī)，PWM 調(diào)速，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯燃夹g(shù)，基本實(shí)現(xiàn)了智能滅火小車的要求。從傳感器信號(hào)的處理，到單片機(jī)接收并處理信號(hào)，再到輸出信號(hào)至外部系統(tǒng)，通過該作品的設(shè)計(jì)制作，使我更好的了解了各類傳感器，掌握了光電三極管的使用，并熟悉了單片機(jī)的中斷和定時(shí)器的控制，掌握了大功率驅(qū)動(dòng)芯片 LM339 的使用，程序中對(duì)各種任務(wù)的合理安排，使整體系統(tǒng)能夠更好的協(xié)同工作，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，更好的熟悉的了解了一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)過程。在調(diào)試過程中需要細(xì)心、耐心的調(diào)整硬件，不斷調(diào)整角度，從而達(dá)到預(yù)期的效果。這時(shí)就需要調(diào)整水泵角度，使得小車能夠在找到火源時(shí)成功滅火。（3）在小車檢測(cè)到偏移時(shí)有兩種方案調(diào)節(jié)小車的角度：方案 1，偏離側(cè)車輪停止，偏移側(cè)車輪前進(jìn)；方案 2，偏離側(cè)車輪后退，偏移側(cè)車輪前進(jìn)。（1）小車是初始角度的測(cè)試顯示，小車的初始角度偏移越小，小車在運(yùn)行中就越穩(wěn)定。1 次由于小車中途電量不足停在半路。2 次小車不能夠避開障礙物，中途運(yùn)動(dòng)到了死角。共進(jìn)行 10 次試驗(yàn)，其中 4 次小車能夠躲避障礙物，滅掉全部 4 根蠟燭。另外，LCD 使用 SPI 通信指令，其時(shí)鐘頻率不得高于 2MHz。MzLH04 模塊有一個(gè)復(fù)位引腳，可以對(duì)該引腳輸入一個(gè)低電平的脈沖使模組復(fù)位，復(fù)位需要低電平輸入持續(xù)至少 2ms，在恢復(fù)高電平后需要等待 10ms 后方可以對(duì)模組進(jìn)行顯示的控制操作。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被完全移入移位寄存器時(shí)，便被傳送到接收緩沖器，處理器通過讀 SPI0DAT 來讀該緩沖器。因此，SPIF 標(biāo)志既作為發(fā)送完成標(biāo)志又作為接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好標(biāo)志。如果中斷被允許，在 SPIF 標(biāo)志置位時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。SPI0 主器件立即在 MOSI 線上串行移出數(shù)據(jù)，同時(shí)在 SCK 上提供串行時(shí)鐘。當(dāng)處于主方式時(shí)，向 SPI0 數(shù)據(jù)寄存器（SPI0DAT ）寫入一個(gè)字節(jié)時(shí)是寫發(fā)送緩沖器。判斷到火源位置 ？采集火焰?zhèn)鞲衅餍盘?hào)結(jié)束開始是前左右否滅火前進(jìn)左轉(zhuǎn) 9 0 度右轉(zhuǎn) 9 0 度圖 判斷火源位置模塊 液晶顯示的編程 SPI 總線工作原理數(shù)模轉(zhuǎn)換和液晶顯示都用到了 SPI 總線的編程，所以對(duì) SPI 的編程介紹如下：SPI 總線上的所有數(shù)據(jù)傳輸都由 SPI 主器件啟動(dòng)。若沒有檢測(cè)到火源則繼續(xù)前進(jìn)。是否有火源 ？小車初始化結(jié)束開始滅火是否找到火源 ？壁障模塊程序是否成功滅火 ？否否否是是是圖 主程序軟件流程圖 小車避障模塊程序軟件流程圖避障模塊程序首先采集光電開關(guān)傳回的信號(hào)，判斷當(dāng)前小車周圍是否有障礙物，通過車頭的兩個(gè)光電開關(guān)判斷是否有障礙物，避障模塊程序流程圖如圖 所示。接著小車前進(jìn)，前進(jìn)的同時(shí)能夠避開障礙物，并能夠檢測(cè)火源，如果檢測(cè)到火源存在，停止前進(jìn)，調(diào)整車頭位置，啟動(dòng)水泵噴水滅火，接著再判斷是否將火滅掉，如果火已經(jīng)熄滅，則小車?yán)^續(xù)前進(jìn)尋找下一個(gè)火源，如果沒有熄滅則水泵繼續(xù)開啟 [19]。在一個(gè)周期完成后，為防止在工作過程中電池過放，此時(shí)再進(jìn)行一次電量檢測(cè)，至此，一個(gè)完整的工作過程就完了。滅火完成后，繼續(xù)前進(jìn)，重復(fù)剛才的過程，直至小車由出口出來結(jié)束本次任務(wù) [18]。程序控制流程圖如圖 所示。C 語言功能豐富，表達(dá)能力強(qiáng)，目標(biāo)程序效率高，可移植性好，既具有高級(jí)語言的優(yōu)點(diǎn)，又具有低級(jí)語言的許多特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。 CPU 引腳的設(shè)定、 ，； 輸出PWM信號(hào)，控制小車電機(jī)的轉(zhuǎn)速；、 、分別為左、中、右側(cè)的火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?hào)，、 為光電開關(guān)輸入信號(hào)。滅火小車的第二層擴(kuò)展板結(jié)構(gòu)主要有：避障電路，單片機(jī)控制電路等。用單片機(jī)內(nèi)部 AD 測(cè)量電源電壓，并通過液晶顯示。 5V 電源系統(tǒng)5v 供電電源即可選用四節(jié)電池經(jīng)過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后的電壓。5 為 OUT，穩(wěn)壓的輸出端。2 為 GND，3 為EN，該引腳是芯片的使能端口，當(dāng)接低電平時(shí)芯片正常工作，當(dāng)接高電平時(shí)，芯片處于低功耗狀態(tài)。對(duì)于我們的系統(tǒng)足以維持工作。 電源信號(hào)經(jīng)過 電容的去耦，分別供給 穩(wěn)壓芯片 TPS78930 和 5V 升壓電路 MAX751。此按鍵設(shè)計(jì)，主要參考瑞芯微 MP4 電源方案設(shè)計(jì)。另外，POW_INT 除了做中斷信號(hào)的檢測(cè)外，通過 47K 與 100K 的分壓，把它接在AD 的輸入端，又可以對(duì)電池的電量進(jìn)行檢測(cè)，以確保電池不會(huì)過放。在開機(jī)狀態(tài)下如要斷電，只須再次按下 S1，單片機(jī)檢測(cè)到 POW_INT 的高電平信號(hào)，通過內(nèi)部程序處理，延時(shí) 100ms 以使各模塊完成正在進(jìn)行的工作，使 POW_CTRL 輸出低電平。在開關(guān)電路中，當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，此時(shí)按下按鍵 S1，BAT54C 的 1 腳得電，使三極管處于飽合狀態(tài)，此時(shí)，三極管的集電極為低電平，從而使 FDN336 場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，主控得電。 電源方案 電源選用 TI 公司的 TPS78930 穩(wěn)壓芯片，其應(yīng)用電路如圖 所示： 圖 按鍵開關(guān)及 3V 電源電路該電路分兩部分，一部分為開關(guān)控制電路另一部分為穩(wěn)壓電路。但在該設(shè)計(jì)中，電源要經(jīng)過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后才能為電路供電。在目前，鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)比較成熟，大量應(yīng)用于手機(jī)等便攜電子設(shè)備里,并且有體積小,容量大,放電穩(wěn)等多種優(yōu)點(diǎn)。二、結(jié)構(gòu)及引腳圖。一、特點(diǎn)MzLH0412864為一塊12864點(diǎn)陣的LCD顯示模組，模組自帶兩種字號(hào)的漢字庫(kù)（包含一、二級(jí)漢字庫(kù)）以及兩種字號(hào)的ASCII碼西文字庫(kù)；并且自帶基本繪圖功能，包括畫點(diǎn)、畫直線、矩形、圓形等；此外該模塊特色的地方就是還自帶有直接數(shù)字顯示 [17]。NSS 的功能取決于NSSMD1 與 NSSMD0 位的設(shè)置。SCK 為串行時(shí)鐘信號(hào)。SPI 所使用的有四個(gè)信號(hào)引腳：MOSI 、SCK、MISO、NSS 。其原理圖及所用到的寄存器如圖 所示：圖 SPI 總線工作原理圖由原理圖可知，若要正常使用 SPI，就必須對(duì)時(shí)鐘速率寄存器 SPI0CKR、配置寄存器SPI0CFG、控制寄存器 SPI0CN 進(jìn)行配置。NSS 可以被配置為片選 輸出（在主方式） ，或在 3 線操作時(shí)被禁止。SPI0 可以作為主器件或從器件工作，可以使用 3 線或 4 線方式，并可以同一總線上支持多個(gè)主器件和從器件。 SPI 總線介紹其中我們所用到的 SPI0 總線是增強(qiáng)性外設(shè)接口。 每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（45℃到+85℃）內(nèi)用 的電壓工作。在使用 C2 進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。 片內(nèi) Silicon Labs 二線（ C2）開發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源） 、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051 固件。令外，該單片機(jī)采用 供電，工作電流 20mA 以下，可謂是低功耗單片機(jī)。調(diào)試時(shí)不占用 MCU 的其它資源，并且所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都正常地工作。C8051320F320 單片機(jī)具有片內(nèi) C2 調(diào)試模式，通過JTAG 接口可以對(duì)板上器件進(jìn)行非侵入式、全速的系統(tǒng)調(diào)試。其內(nèi)部原理圖如圖 所示：圖 C8051F320 單片機(jī)內(nèi)部資料分配圖Silicon Laboratories 公司的 C8051F320 單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)，具有與 MCS51 完全兼容的指令集。兩個(gè)外部中斷對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的快速性也起到了積極的作用。 主控單片機(jī)系統(tǒng)該系統(tǒng)選用 C8051F320 單片機(jī)，相比傳統(tǒng)的 51 單片機(jī)而言，其內(nèi)部有豐富的資源，在本次設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的內(nèi)部資源也得到了充分的應(yīng)用 [15]。即改變PWM調(diào)制脈沖占空比，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。根據(jù)不同場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。電路中，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路采用H型PWM電路，用單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路，使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 [14]。PWM控制可分為單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制兩種方式，為了實(shí)現(xiàn)直流伺服系統(tǒng)的H型單極模式同頻PWM可逆控制，一般需要產(chǎn)生四路驅(qū)動(dòng)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換控制。脈寬調(diào)制（PWM），控制方式就是采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，其工作原理是：通過改變“接通脈沖”的寬度，使直流電機(jī)電樞上的電壓的“占空比”改變，從而改變電樞電壓的平均值，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(1)，要么完全無(0)。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。測(cè)速原理如下：小車底盤的齒輪減速比是8/250，即電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)250圈，車輪只轉(zhuǎn)動(dòng)8圈，而光電碼盤是六槽的，故通過單片機(jī)測(cè)量測(cè)速傳感器接收端的單位時(shí)間內(nèi)電平變化就能測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)了多少圈，從而根據(jù)轉(zhuǎn)速比測(cè)出速度。槽型開關(guān)的檢測(cè)距離因受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米 [13]。槽型光電開關(guān)其實(shí)質(zhì)是將一個(gè)光發(fā)射器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)。所表 水泵電機(jī)參數(shù)測(cè)試表電 機(jī)原理圖 及其自吸式小型水泵數(shù)據(jù)表電壓（V） 7 8 9 10 11電流（A） ：圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖如圖所示，在mcu處接單片機(jī)的I/O口，通過I/O 口輸出高低電平來控制水泵的啟動(dòng)和停止。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。 光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比 [12]。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED ），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。圖 穩(wěn)壓電路圖如上圖所示，接線成功的穩(wěn)壓芯片，可將水泵接在其輸入端供，其他模塊接在穩(wěn)壓芯片的輸出端進(jìn)行供電。 穩(wěn)壓芯片模塊由于本設(shè)計(jì)中，水泵需要6V以上供電才能達(dá)到最佳狀態(tài)，而小車及其他模塊供電只需要5V，因此引入了穩(wěn)壓芯片。檢測(cè)到目標(biāo)是低電平輸出，正常狀態(tài)是高電平輸出。： 圖 避障傳感器引腳圖如圖所示，本紅外避障傳感器引出三條接口線，棕色、藍(lán)色、黑色分別對(duì)應(yīng)VCC、GND 、 OUT。數(shù)字量輸出，不需要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，可直接單片機(jī)的IO口，通過后面的可調(diào)電位器調(diào)整距離(前方30cm 范圍內(nèi)有效)。檢測(cè)距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。我們可以稱這種用于避障的傳感器為避障傳感器，本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了兩個(gè)紅外傳感器。：圖 蜂鳴器電路圖，當(dāng)單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，蜂鳴器接通時(shí)就會(huì)發(fā)出聲音進(jìn)行報(bào)警提示。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動(dòng)發(fā)聲。2．電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。二、蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理1．壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。下面為火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測(cè)數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，所示?；鹧?zhèn)鞲衅骼眉t外線對(duì)火焰非常敏感的特點(diǎn)，使用特制的紅外線接收管來檢測(cè)火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào) [9]，輸入到中央處理器CPU中，CPU根據(jù)信號(hào)變化做出相應(yīng)的處理。再將火焰?zhèn)鞲衅餍盘?hào)端作為電壓比較器輸入端，與某一電壓比較，使得在一定距離以內(nèi)，火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到火源時(shí)，比較器輸出端都為低電壓 [8]。集成遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化?？刂贫丝诙x如下：VCC:電源輸出端；EN2:第二路驅(qū)動(dòng)使能端/PWM 輸入端；EN1:第一路驅(qū)動(dòng)使能端/PW