【正文】 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 30 頁 共 50 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 ， 2021． [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 2021． [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， 2021． [4] 何寶祥 ，模擬電路及其應(yīng)用 ，北京：清華大學(xué)出版社， 2021． [5] 高明，單片機微機接口與系統(tǒng)設(shè)計。 我愿在未來的學(xué)習(xí)過程中，以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的 所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友。 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，冷靜的頭腦和永遠樂觀的態(tài)度。無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，都得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和幫助。 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 29 頁 共 50 頁 致 謝 通過這次 對單片機的了解 ， 我知道了單片機的種種功能，雖然是一個小小的實驗報告，但是我還是 盡心盡力 的完成 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 。本設(shè)計的滅火機器人結(jié)構(gòu) 簡單、滅火準(zhǔn)確，具有一定的實際應(yīng)用價值，并可根據(jù)用戶的不同需求對小車進行調(diào)整，使得人們能夠方便靈活地控制小車的前進、后退、停車等相應(yīng)的功能。 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 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 26 頁 共 50 頁 第六章 實物展示 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 27 頁 共 50 頁 圖 37 液晶顯示圖 第一行顯示已經(jīng)撲滅火源個數(shù) 小車行進狀態(tài) 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 28 頁 共 50 頁 結(jié)束語 本次綜合設(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。在第四次實驗中，小車缺少后面缺少避障。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。經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)兩個避障頭可以解決這個問題，在小車車頭左右各裝一個。然后再測試小車，沒有出現(xiàn)復(fù)位的情況了。于是在滅火電機的電源端加了 的瓷片濾波電容，如圖32 所示。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。小車在行駛過程中就很容易發(fā)現(xiàn)火源。最后把電路重新設(shè)計，采用 5 個遠距離的火焰檢測傳感器， 一個近距離檢測傳感器的方案。 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。 1 腳本來是電壓輸入端，結(jié)果接成了 1 腳輸出 端。用外用表測量電源的正負(fù)極，發(fā)現(xiàn)電阻很小。 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。 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。 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。 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(dāng)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(dāng) 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(dāng)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。 0 1 右轉(zhuǎn) 45176。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(dāng)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 。 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。 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。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。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(xué)綜合設(shè)計報告 第 22 頁 共 50 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。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。；（ 3）當(dāng)左邊傳感器有信號時，小車停下并右轉(zhuǎn) 45176。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。沒有障礙，小車就直行尋光。后 退 ， 右 轉(zhuǎn) 9 0 176。 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。 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 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 20 頁 共 50 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。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。 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。 [13] 本系統(tǒng)就選用了 C 語言來編制本設(shè)計的程序。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。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。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，都可通過軟件編程而代替。 12XTAL30pFC130pFC2GND10uFCRST10KR1VCC GNDResX1X2 圖 24 時鐘電路 圖 25 復(fù)位電路 單片機的復(fù)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(fù)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(fù)位，在單片機的運行過程中上電單片機就會自動復(fù)位。 如圖 24 所示。 1 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 /EA/VPP：當(dāng) /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。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 18 頁 共 50 頁 周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。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。 ALE/PROG：當(dāng)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)。 RST：復(fù)位輸 入。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。 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。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 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(dāng) P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 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。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進行校驗 時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 可編程串行通道 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 128*8位內(nèi)部 RAM 全靜態(tài)工作 ： 0Hz40Hz 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 與 MCS51 兼容 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 16 頁 共 50 頁 圖 23 STC89C52引腳圖 該器件與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 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 )。 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 15 頁 共 50 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。 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]。 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。 8 個可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 14 頁 共 50 頁 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。 有 80 字節(jié) 顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM 內(nèi)含復(fù)位電路 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)