【正文】 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及日常商品中，因此我們選擇了此方案。系統(tǒng)中為保證穩(wěn)定，采用芯片PT2262,PT2272M4 進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼，由于數(shù)據(jù)傳輸量較小，經(jīng)過測(cè)試，方案可行。 DF 無(wú)線發(fā)射模塊通訊方式為調(diào)頻 AM，工作頻率為315MHz，為 ISM 頻段，發(fā)射頻率 500mW。 無(wú)線收發(fā)模塊 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸被廣泛應(yīng)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、機(jī)器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像的傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。這些都為語(yǔ)音處理和辨識(shí)準(zhǔn)備了很好的條件。 方案 3：使用凌陽(yáng)精簡(jiǎn)板開發(fā)板 61B 板，該精簡(jiǎn)開發(fā)板體積小，使用方便，且具有凌陽(yáng)系列的很強(qiáng)的語(yǔ)音處理功能，且具有語(yǔ)音播報(bào)和辨識(shí)的模塊。為了能更好的使用語(yǔ)音播放和語(yǔ)音辨識(shí)，我們放棄了此方案。用這種方法雖然比較簡(jiǎn)介方便，但是在地址模式所占 IO 口較多 ,在操作模式下進(jìn)行隨機(jī) 播放又需快進(jìn) ,較適合于順序播放。 因此我們選用了方案 1。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案 1：采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。我們的車輪直徑為 6cm，因此我們的小車的最大速度可以達(dá)到 V=2πr由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 方案 2： 采用直流減速電機(jī)。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。 方案 1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 電機(jī)模塊 本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車，對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。 由于我們電動(dòng)車的尋跡都是用的 RPR220 型光電對(duì)管，所以用該型號(hào)光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速時(shí)可以使用同樣的調(diào)理電路。光電對(duì)管照射到黑色和白色的邊界時(shí)輸出信號(hào)會(huì)有跳變。 方案 2：用 RPR220 型光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速。但是由于我們的電動(dòng)車較小，比較細(xì)小的磁鐵不易尋找。特性也不隨時(shí)間而變化。 如果在車輪的內(nèi)側(cè)裝上一條細(xì)磁鐵，把霍耳傳感器同樣裝在車輪的內(nèi)側(cè)，測(cè)量火焰?zhèn)鞲衅鞯妮敵鼍涂梢灾儡囕嗈D(zhuǎn)過的圈數(shù)。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。 10 測(cè)速計(jì)程模塊 方案 1：用霍耳傳感器進(jìn)行測(cè)速。 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。 因此我們考慮其他的方案。但是超聲波傳感器需要 40KHz 的方波信號(hào)來(lái)工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高，偏差在 1％內(nèi)，所以用模擬電路來(lái)做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。然后將這信號(hào)放大后 送入單片機(jī)。 避障模塊 方案 1：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。 我們把用黑塑料包住的傳感器稱為“近視”傳感器，把沒有處理過的稱為“遠(yuǎn)視”傳感器。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯?檢測(cè)距離很遠(yuǎn)，為了避免錯(cuò)誤檢測(cè)遠(yuǎn)處火焰的情況的出現(xiàn)，我們把每一側(cè)的較低的傳感器用黑色塑料紙包住。 因此我們選擇了方案 5。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)距離遠(yuǎn)，線性度好，檢測(cè)準(zhǔn)確，且體積較小。但是用 CCD 圖像傳感器需要處理的信號(hào)量太大，且體積較大，不使用與本系統(tǒng)。 方案 4：用 CCD 圖像傳感器。 紫外線火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度高，相應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)明火特別敏感，能對(duì)火災(zāi)立 即作出反應(yīng)。 方案 3：用紫外傳感器檢測(cè)火焰。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用與火警檢測(cè)。試驗(yàn)驗(yàn)證用熱電偶檢測(cè)火焰精度不高，因此我們放棄了此方案。 方案 1：用溫度傳感器如熱電偶，熱電偶在工業(yè)應(yīng)用 上十分廣泛。 9 火焰?zhèn)鞲衅髂K 火焰檢測(cè)有溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器以及 CCD 圖像傳感器。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。 （ 3） 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。 RPR220 采用 DIP4 封裝，其具有如下特點(diǎn)： （ 1） 塑料透鏡可以提高靈敏度。 方案 3：用 RPR220 型光電對(duì)管。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射 ，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。 尋跡傳感器模塊 方案 1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，舵機(jī)直流電機(jī)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 3：采用 3 節(jié) 可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電，用 2 節(jié)鋰電池經(jīng)過 7805 的電壓變換為單片機(jī)和傳感器供電。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為直流電機(jī)供電時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。因此我們放棄了此方案。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)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。能夠滿足系統(tǒng)的要求。用戶只需使用在線調(diào)試器，不用再外接任何器件即可以完成語(yǔ)音錄放等功能。 為了同時(shí)方便使用語(yǔ)音的播報(bào)和識(shí)別，我們選擇了凌陽(yáng)公司的 SPCE061A 精簡(jiǎn)開發(fā)板 8 － 61B 板。且該系列的 51 單片機(jī)可以不用燒寫器而直接用串口或并口就可以向單片機(jī)中下載程序。 方案 3：采用 Atmel 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器而用凌陽(yáng)單片機(jī)作為輔助控制器。如果單純的使用凌陽(yáng)單片機(jī)，在語(yǔ)音播報(bào)的同時(shí)小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。但是當(dāng)凌陽(yáng)單片機(jī)應(yīng)用語(yǔ)音處理和辨識(shí)時(shí)，由于其占用的 CPU 資源較多而使得凌陽(yáng)單片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。 方案 2：采用凌陽(yáng)公司的 16 位單片機(jī)，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。 CPLD 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、 IO 資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。 綜上考慮，我們選擇了方案 2。 對(duì)于車架材料的選擇，我們經(jīng)過比較選擇了鋁合金。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。 在安裝時(shí)我們并不把兩個(gè)萬(wàn)向輪裝在一個(gè)平面上。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前后裝兩個(gè)萬(wàn)向輪。 方案 2：自己制作電動(dòng)車。而且這種電動(dòng)車一般都價(jià)格不扉。其次，這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn) 90 度甚至 180 度的彎角。購(gòu)買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。本 系統(tǒng)的方框圖如圖 2 所示： 6 圖 2 系統(tǒng)方框圖 為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 （ 8）試驗(yàn)場(chǎng)地可采用黑膠皮，網(wǎng)格線可采用寬度為 — 的白色單面膠紙，測(cè)試時(shí)可自帶。蠟燭置于方框的中間位置。 （ 5）允許一次重啟動(dòng)機(jī)會(huì)。 （ 3）滅火方式不限，但不 允許碰倒蠟燭。 （ 4）其他 3）說(shuō)明 （ 1）小車尺寸小于 30cm 30cm，所用電源電壓小于等于 24V。 （ 2）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示路程。 （ 5）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示撲滅的火源數(shù)。 （ 3）能夠發(fā)現(xiàn)并撲滅第二個(gè)火焰。以蠟燭模擬火源，隨機(jī)分布在場(chǎng)地中，場(chǎng)地如圖 1 所示： 圖 1 場(chǎng)地示意圖 設(shè)計(jì)要求 1）基本要求 （ 1）智能小車從安全區(qū)域啟動(dòng)，自動(dòng)尋找到火源并顯示。顯示臺(tái)由 OCMJ4X8C 液晶屏 和 2 個(gè)按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示和啟動(dòng)控制。同時(shí)本系統(tǒng)用 凌陽(yáng)單 片機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音的播報(bào) ，以提示當(dāng)前狀態(tài)。舵機(jī)帶動(dòng)滅火風(fēng)扇左右轉(zhuǎn)向擺動(dòng)進(jìn)行滅火。 消防智能電動(dòng)車設(shè)計(jì)與制作 山東大學(xué) 梅高青 孫慶軒 臺(tái)宏達(dá) 目錄 摘要： ...................................................................................................................... 3 關(guān)鍵詞： ................................................................................................................... 3 Abstract: .................................................................................................................... 3 Keywords: ................................................................................................................. 3 1．系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 4 設(shè)計(jì)要求 ...................................................................................................... 4 設(shè)計(jì)任務(wù) ............................................................................................. 4 設(shè)計(jì)要求 ............................................................................................. 4 1. 2 模塊方案比較與論證 .................................................................................... 5 車體設(shè)計(jì) .........................................................................