【正文】 三、學科技能 CDIO項目建設 小組評審意見 負責人簽名： 年 月 日 四、系領導意見 負責人簽名： 公 章： 年 月 日 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 50 / 56 附件 5：學科技能 CDIO項目實施過程記錄 長安大學 自動化專業(yè)學科技能 CDIO項目 項目實施過程記錄表 項目名稱 基于 STC89C52RC的遙控循跡避障滅火小車設計 項目編號 項目負責人 崔曜東 項目所在系 自動系 長安大學自動化系 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 51 / 56 項目實施過 程記錄表 項目名稱 基于 ADE7763 芯片的電參數(shù)測量儀 項目編號 起止年月 項目負責人 崔曜東 班 級 4 項目組成員 廖正 毛宜酉 項目指導教師 龔賢武 李杰 雷旭 項目類型 暑期單片機培訓綜合實驗 構思過程 （ C） 實施過程記錄 （包括溝。 2020 年 10月第三個星期：完成項目，提交方案。 2020 年 10月第一個星期：完善基本功能的情況下，添加擴展功能。 2020 年 9 月第三個星期：完成基本功能的軟件編寫。 2．項目實施總體方案（ CDIO實施） 采用 STC89C52RC 單片機作為系統(tǒng)的控制器，系統(tǒng)原理圖： 控制器模塊 火源檢測模塊 障礙物檢測模塊 小車電機驅動模塊 滅火風扇模塊 藍牙模塊 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 48 / 56 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 49 / 56 3．項目進度安排 2020 年 9 月第一個星期：對實行方案進行討論 ，選擇最佳方案。我是切身體會到了單片機這種東西的魅力，在軟硬結合方面需要深下功夫，且對單片機的資源分配方面更應該作 以深究，因此我決定在接下來的學習中分配一定的時間用于對單片機的進一步深入的學習，因此還報了近期的飛思卡爾競賽。 最后，感謝各位評委能在百忙之中對我的論文進行審察，由于本人知識有限，不足之處在所難免，還請各位評委指正。這四個月，我和他們相處的是非常愉快的。在論文的研究及整理期間，導師給了我很大的支持和鼓勵，才使得論文得以順利的完成，在此謹向導師表示忠心的感謝和崇高的敬意。他們對我進行了無私的指導，不厭其煩的幫助。 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 32 / 56 致謝 歷時將近三個月的單片機暑期培訓就這樣結束了，在學習 51單片機過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。此次單片機綜合項目中主要時間花費在調(diào)試上面，因為經(jīng)驗不足的原因，沒有合理的利用單片機，對單片機的理解還不夠透徹，但是這個項目激發(fā)了我們對單片機這個東西的濃厚的興趣，覺得應該多多學習這種理論與實際緊密結合的內(nèi)容，這將會是對自身的一大提升。例如：起火場地較大，可以加大車體；若是通道較窄而崎嶇，可以將車底檢測黑線的部分設計成左右兩邊檢測障礙物系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)在類似倉庫的場所里火焰沒有蔓延的情況下提早發(fā)現(xiàn)并熄滅火源；也可以根據(jù)不同物質的火源 (不同的傳感器主要 是對不同波長的火源進行監(jiān)控 )更換不同的火焰?zhèn)鞲衅?，以達到檢測更準確的目的；更換大功率電源、電機和風扇，甚至可以攜帶小型滅火器，進入火源場地。小車是購買的已經(jīng)做好的一些基本模塊，然后進行合理的組裝，盡量使其歸整跳線少，車體整體布局考慮了的美觀，完成后車體外觀結實，不易出現(xiàn)接觸不良等問題。而且程序中的判斷算法不夠好，今后再做單片機這方面的項目時需注意這些問題。但是小車的電機承受尖峰電流的能力太弱，所以燒壞了幾個電機，只能降低 PWM 占空比，然后再進行調(diào)試。先做硬件并進行硬件調(diào)試，然后依 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 30 / 56 據(jù)設計要求和硬件來編寫程序并進行軟件調(diào)試。黑線用作地線，紅色用作電源（ VCC)，白線用作馬達饋線等等養(yǎng)成習慣 , 如果不 管什么顏色的電線都隨手抓來，那么調(diào)試起來就會很困難。 滅火效果部分 系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn) MOS管對滅火電機的驅動，可以在檢測到光源的時候，電機動作，以表示滅火過程。 尋跡部分 將紅外傳感分別對準黑線和無黑線部分進行測試。 驅動電路部分 電機因為制造工藝的問題，在給相同的 PWM 調(diào)速信號時出現(xiàn)兩個電機的速度不同，在出現(xiàn)這種情況時，用了一個延時函數(shù)，在每個周期內(nèi)對其進行延時，來達到調(diào)節(jié)兩個電機速度一致。然后是用開發(fā)板和電池來調(diào)整重心，使重心在中軸線上，在所有模塊都安裝好后，再布好線路。 功能測試 先將底盤上的電機位置固定，連接電路，在給 L293D電機驅動芯片固定的 TTL 信號，使底盤能夠向直線行走和轉彎，分別調(diào)試紅外尋跡板和紅外避障電路，使有反射光接收到后使信號輸 出為一個高電平，供單片進行檢測。完成工作后控制小車停止，關電源。循線過程中前置 開始 基礎時鐘開始計時 進入藍牙遙控功能選擇 按鍵選擇 電機控制 避障 滅火 按鍵可隨時切換功能 功能完成 結束 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 28 / 56 的火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到火源，小車停下并啟動風扇進行滅火動作。兩個紅外傳感器通過發(fā)射出紅外光線，對不同的反射狀態(tài)進行判斷，因為黑色的吸收能力較強，因此當紅外線遇到到黑線時反射弱，無法接受到信號。 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 27 / 56 主程序流程圖 主程序流程圖 所示： 尋跡程序流程圖 啟動小車后，先展示藍牙遙控功能，能進行前后左右以及啟動電機帶動風扇轉動進行滅火。181。Vision4 是 Keil公司提供的用于開發(fā) MCS51 系列芯片的匯編語言與C 程序的集成開發(fā)環(huán)境，是標準的 Windows應用程序，同其他 Windows應用程序一樣， 181。使用 Keil 8051 開發(fā)工具套件，以工程的形式組織各種文件 ，工程開發(fā)周期與任何其他軟件開發(fā)工程的周期大致相同。 Keil 軟件公司提供的專用 8051嵌入式應用開發(fā)工具套件，可以編譯 C源文件、匯編源文件、連接定位目標模塊和庫、生成并調(diào)試目標程序，為實際的每一種 8051及其派生系列產(chǎn)品生成嵌入式應用系統(tǒng)。 C51 是專為 MCS51開發(fā)的一種高性能的 C 編譯器。而 C 語言以其結構化，容易維護，容易移植的優(yōu)勢滿足開發(fā)的需要。 編程語言選用 C 語言。 Keil提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一 起 。 編譯語言及編譯環(huán)境綜述 兼于以上兩種編譯語言的優(yōu)缺點，我選擇了 Keil軟件。 C 語言允許直接訪問物理地址。 具有結構化的控制語句用函數(shù)作為程序的模塊單位，便于實現(xiàn)程序的 模塊化。它的特點如下： 語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活。 C語言功能豐富，表達能力強，使用靈活方便，應用面廣，目標程序效率高，可移植性好，既具有高級語言的優(yōu)點，又具有低級語言的許多特點。但是，匯編語言和機器語言一樣，都脫離不開具 體機器的硬件，因此，這兩種語言均是面向機器的語言，缺乏通用性。助記符指令和機器指令一一對應，所以用匯編語言編寫的程序效率高，占用的存儲空間小，運行速度快，因此用匯編語言能編寫出最優(yōu)化的程序。 軟件開發(fā)平臺介紹 ，編譯 語言及編譯環(huán)境的選擇 匯編語言概述 為了克服機器語言的缺點，用英文字條來代替機器語言，這些英文字符被稱為助記符，用助記符表示的指令稱為符號語言或匯編語言。Vision3，但編程過程使用的是 181。也稱回環(huán)測試。 RXD：接收端，一般表示為 自己的接收端，正常通信的時候接另一個設備的 TXD。發(fā)送 AT 指令的設備可以是各種類型的 MCU（比如 51， avr， pic， msp430， arm 等），也可以是電腦通過串口（ PC 串口接 MAX232以后或者 USB轉串口）發(fā)送。使用該模塊無需了解復雜的藍牙底層協(xié)議，只要簡單的幾個步驟即可享受到無線通信的便捷。 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 22 / 56 主機模塊實物與從機一樣，模塊上有白點，主機模塊會自動和從機模塊配對，省卻配對的麻煩，適合在需要兩個設備間通過藍牙串口無線通信的應用，無需電腦。由于選用的是增強型 MOS 管，所以，當 Port 信號為高時， MOS 管在VGS 下開始工作， MOS 導通，風扇開 始動作，進行滅火；當 Port 信號為低時，由于增強型 MOS 管特點， VGS=0時， iD=0。其中 Port1， Port2分別接到單片機的、 。 。 LM324 系列運算放大器是價格 便宜的帶差動輸入功能的四運算放大器。內(nèi)含兩個 H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和繼電器 線圈等感性負載；該芯片可以驅動兩臺直流電機。該芯片采用 16腳封裝。 L293D適用于頻率達 5 kHz 的開關應用。 L293D 邏輯電路具有獨立的供電輸入，可在更低的電壓下工作。 L293D 芯片的管腳圖如下圖 概述 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 18 / 56 L293D 是一款單片集成的高電壓、高電流、 4 通道電機驅動，設計用于連接標準 DTL 或 TTL 邏輯電平，驅動電感負 載（諸如繼電線圈、 DC和步進電機）和開關功率晶體管等等。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。 字節(jié)程序存儲空間； 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空 間； 4K 字節(jié) EEPROM 存儲空間 。最高運作頻率35MHz， 6T/12T可選。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路， 3個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統(tǒng) 51 的 5向量 2級中斷結構），全雙工串行口。 STC89C52使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。 硬件總體設計方案 經(jīng)過反復比較論證，本論文確定了如下方案 1. 采用 STC89C52RC 單片機作為主控制器 . 2. 用紅外傳感器進行避障 . 3. 用光敏 (實際為紅外 )火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?. 4. L293D 作為直流電機的驅動芯片 . 5. 用手機藍牙控制小 車 單片機暑期培訓 (實訓項目 )報告紙 14 / 56 軟件總體設計方案 首先啟動電源，連接藍牙，進入藍牙控制模式，前后左右及啟動電機，檢測到循跡的軌跡，紅外傳感器接受到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機進行處理，然后發(fā)送給電機執(zhí)行相應的動作，當遇到障礙物能停下進行躲避，遇到火源能執(zhí)行滅火動作。采用此種供電方式后，單片機和傳感器工作穩(wěn)定，電機工作互不影響，且電池的體積較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 方案三：用 2 節(jié)鋰電池經(jīng)另一套 7805 電壓變換電路為電機供電。經(jīng)過實驗驗證，當電池為電機供電時，單片機、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。蓄電池具有較強的電流驅動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。 電源模塊 由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。