【正文】 為了克服機(jī)器語言的缺點(diǎn)，用英文字條來代替機(jī)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(hào)語言或匯編語言。當(dāng)單片機(jī)給低電平時(shí)，風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)吹滅火焰，否則不轉(zhuǎn)。 滅火模塊設(shè)計(jì) 如圖 28 所示，滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)由 5v 電源供電。 ENA 與 ENB 直接接入 6V 邏輯電源也就是說兩個(gè)電機(jī)時(shí)刻都工作在使能狀態(tài)，控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)只有通過 J1 與 J2 兩個(gè)接口。 海 南 軟 件 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 綜 合 實(shí) 訓(xùn) 報(bào) 告 12 圖 26 L298N 管腳 圖 27 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 L298 有兩路電源分別為邏輯電源和動(dòng)力電源，上圖中 6V 為邏輯電源， 12V 為動(dòng)力電源。 L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 直 流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場(chǎng)方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)遠(yuǎn)視傳感器檢測(cè)到火焰信號(hào)，執(zhí)行滅火程序，小車向檢測(cè)到火源的方向前行。這四個(gè)傳感器分別兩兩置于小車兩側(cè)距離地面約 10cm（相當(dāng)于火焰的高度），一遠(yuǎn)一近配合使用。外 界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越??；反之則越大。 火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y(cè)到波長在 700 納米～ 1000 納米范圍內(nèi)的紅外光，探測(cè)角度為 60，其中紅外光波長在 880 納米附近時(shí)候的靈敏度達(dá)到最大。 火焰?zhèn)鞲衅骷皯?yīng)用 海 南 軟 件 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 綜 合 實(shí) 訓(xùn) 報(bào) 告 11 火焰?zhèn)鞲衅鞯暮脡膶?duì)于該系統(tǒng)的功能能否實(shí)現(xiàn)十分重要，火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路如圖231 所示。當(dāng)小車右轉(zhuǎn)時(shí)，位于小車最右端傳感器會(huì)由黑線轉(zhuǎn)到白色區(qū)域，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，將下降沿接至單片機(jī)外部中斷用于判斷是否已經(jīng)完成轉(zhuǎn)向，左轉(zhuǎn)原理同上。 因?yàn)榈貓D為方格，所當(dāng)小車轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)出現(xiàn)四個(gè)傳感器中不定時(shí)離開黑線，為保證能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)彎。 在尋跡傳感器的設(shè)計(jì)中，我們?cè)谲圀w底盤的前端裝有四個(gè)傳感器，用來起到 尋跡的作用。 而且經(jīng) 實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)證給此電路供電的電池的壓降較小。 因此考慮用比較器的方案。 但是這種電路用電量比較大，給此種傳感器調(diào)理電路供電的電池壓降較快。 經(jīng) 實(shí) 驗(yàn)和示波器驗(yàn)證，該電路工作性能一般，輸出還有雜散干擾波的成分。 當(dāng)沒有光反射回來時(shí)，光電對(duì)管中的三極管不導(dǎo)通， VT1 截至，其集電極輸出高電平。 表 22 STC89C51RC/RD+引腳示意圖 海 南 軟 件 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 綜 合 實(shí) 訓(xùn) 報(bào) 告 9 光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)并論證了兩種光電對(duì)管檢測(cè)及調(diào)理電路，電路原理圖分別如圖 23 和圖 24所示。 (7)ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)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)具有看門狗功能 (10)共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。最高運(yùn)作頻率 35MHz，6T/12T 可選?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。 2 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) STC89C52 單片機(jī)系統(tǒng)概述及其引腳功能介紹 STC89C52 單片機(jī)系統(tǒng)概述 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ) 器。 （ 7） L298N 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 （ 5）用 RPR220 型光電對(duì)管進(jìn)行尋跡。 （ 3）用直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)小車行駛與滅火。 最終方案 經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定了如下方案： （ 1）手工制作車體。適合應(yīng)用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定當(dāng)采用 5V 電源給風(fēng)扇電機(jī)供電時(shí)，火源在 20cm 以內(nèi)都可被吹滅。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，最終選擇了方案二 。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。光電開關(guān) E3FDS10C4 操作簡單，使用方便。 方案二：用紅外光電開關(guān)進(jìn)行避障。而用單片機(jī)來作 方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收。 綜上考慮，采用了方案二。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。很適用于本題目的要求。 方案五：用遠(yuǎn)紅外傳感器。用 CCD 圖像傳感器可以檢測(cè)各種被檢測(cè)量，適用于各種量的檢測(cè)。但是紫外傳感器檢測(cè)的范圍太大，不適用于本系統(tǒng)。紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獞?yīng)用于火災(zāi)消防系統(tǒng)，尤其是一些易燃易爆場(chǎng)所，用來監(jiān)測(cè)火焰的產(chǎn)生。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的，沒有太大的煙霧，因此用煙霧傳感器作為此小型電動(dòng)車的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱?，因此放棄了此方案? 方案二：用煙霧傳感器。但是熱電偶感應(yīng)的范圍太廣，而且由于火焰只是周圍溫度稍高 且范圍較窄。綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。 因此本設(shè)計(jì)采用了方案三。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。 RPR220 是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度， 硅平面光電三極管。 這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，所以也放棄了這個(gè)方案。 方案二：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作 。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。 通過比較，使用 L298N 芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且價(jià)格不高，采用方案一。由分立元件構(gòu)成電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。 L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高， L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO 口提供信號(hào)；電路簡單，使用比較方便。 由于本系統(tǒng)對(duì)電機(jī)速度控制要求不 高 ，采用方案一。 海 南 軟 件 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 綜 合 實(shí) 訓(xùn) 報(bào) 告 4 電機(jī)的選擇與分析 方案一：采用直流電機(jī) 直流電機(jī)速度快，價(jià)格便宜，通過調(diào)節(jié)電流來改變速度，驅(qū)動(dòng)電路簡單，調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性平滑。用硬塑板做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。這樣，當(dāng)兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的 90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，后方萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。因此放棄了此方案。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。 從方便使用和綜合性能的角度考慮，選擇了方案二 。 STC89C52 是一個(gè)低功耗，高性能的 51內(nèi)核的 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k 空間的可反復(fù)擦寫 1000 次以上的 Flash 只讀存儲(chǔ)器，具有 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè) IO 口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。但是當(dāng) 凌陽單片機(jī)應(yīng)用語音處理和辨識(shí)時(shí)，由于其占用的 CPU 資源較多而使得凌陽單片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。 海 南 軟 件 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 綜 合 實(shí) 訓(xùn) 報(bào) 告 3 圖 12 方案設(shè)計(jì)框圖 方案選擇與分析 控制器分析與比較 方案一：采用凌陽公司的 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)簡單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 首先利用紅外對(duì)路面信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，利用火源傳感器檢測(cè)火源信號(hào)，兩種信號(hào)經(jīng)過處理之后，送給單片機(jī)控制模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，輸出相應(yīng)的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制整個(gè)小車的運(yùn)動(dòng)。 (4)若有則繼續(xù)滅火，若無則停止工作。 (2)智能滅火小車必須按照固定的路線行進(jìn)（黑白線）。以蠟燭模擬火源，隨機(jī)分布在場(chǎng)地中，模擬滅火場(chǎng)地如圖 11所示。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相聯(lián)系，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本設(shè)計(jì)通過采用 STC89C52單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能控制。小車由主控制板、傳感系統(tǒng)、風(fēng)扇系統(tǒng)和車身四部分組成。 根據(jù)題目的要求，智能尋跡滅火小車控制系統(tǒng)采用一片 STC89C52單片機(jī)作為本控制系統(tǒng)的主控芯片，硬件包括以下幾個(gè)模塊：驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、尋跡傳感器模塊、單片機(jī)控制模塊、火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊。目錄 緒論 .................................................................................................................................................. 1 1 系統(tǒng)方案選擇 ................................................................................................................................ 2 任務(wù)要求 ................................................................................................................................ 2 設(shè)計(jì)任務(wù) ...........................................