【正文】 黃玉青等，單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 電子工業(yè)出版社， 2020． [9] 羅杰，電子線路設(shè)計實驗，北京：電子工業(yè)出版社， 2020． [10] 童詩白，華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]，第五版，北京：高等教育出版社 ， 2020． [11]鄧岳，周輝，譚英姿 ，基于 MC9S12DG128 單片機(jī)智能車設(shè)計與實現(xiàn)，實驗室研究與探索 2020． [12] . Theelen a,*, . Verschueren b, . Reyes Su_arez c, . Stevens a, A. Nunez. A scalable singlechip multiprocessor architecture with onchip RTOS kernel. [J]. 2020 [13] Jayanta Mukherjee a,*, Manfred K. Lang b, . Mitra. Demosaicing of images obtained from singlechip imaging sensors in YUV color space. [J]. 2020 [14]. Honeywell Magic Sensor Products User’s Manual． Honeywell Application Note，2020 VIII 四、摘要： 該文設(shè)計了一款基于單片機(jī)的滅火機(jī)器人模型的設(shè)計。 該系統(tǒng)火焰探測采用自制六路火焰?zhèn)鞲衅鳎怯晌迓愤h(yuǎn)紅外接收二極管和一路近紅外接收二極管構(gòu)成，它相對于目前其他火焰探測器，具有火焰探測精確度高、結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠等優(yōu)點。此設(shè)計以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)并以單片機(jī)技術(shù)為核心，依據(jù)傳感器的信號傳入單片 機(jī)實現(xiàn)各種指令處理。 實驗結(jié)果表明，該設(shè)計具有成本低、可靠性高、滅火速度快、安裝調(diào)試方便等特征，非常適用于危險系數(shù)較大的火場，具有較好的應(yīng)用前景。系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，創(chuàng)新自制火焰?zhèn)鞲衅饔糜诨鹧嫣綔y，紅外光電傳感器用于探測障礙物， L298驅(qū)動電機(jī)前后轉(zhuǎn)動， LCD1602 液晶顯示器用于顯示滅火個數(shù)。避障采用 E18D50NK 型號的光電傳感器，該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。系統(tǒng)加入液晶顯示器，使得系統(tǒng)具有可查看滅火的次數(shù)的人性化特點。 關(guān)鍵詞 ： STC89C52 單片機(jī)、光敏晶 體管、紅外光電開關(guān)、 1602 液晶模塊、 L298N Abstract In this paper, the design model for the design of a microcontrollerbased firefighting robot. System to STC89C52RC microcontroller for control core, innovation homemade flame sensor is used to measure the source of fire, use infrared receiverdiode to detect the roadblock ,the L298 drive motor rotation LCD1602 display the number of fires which are put out. The system use six innovation homemade flame sensors which consist of five remote Infrared receiverdiodes and one close Infrared receiverdiode to measure the source of fire,which pare other measurements with high precision, simple structure, reliable performance characteristics. Obstacle avoidance uses the E18 D50NK models of photoelectric sensor, the sensor has a long detection distance, small interference by visible light, the price is cheap, easy to assemble and convenient use, design is based on digital integrated circuit technology and singlechip microputer technology as the core, according to the sensor signal to microcontroller processing all kinds of instructions. Add liquid crystal display, making the system in extinguishing View extinguishing the number of userfriendly features. The experimental results show that the design of low cost, high reliability, fire fast, easy installation features, very suitable for large fire risk coefficient, has a good application prospect. Key words: STC89C52 microcontroller, photosensitive transistor, infrared photoelectric switch, 1602 LCD module, L298 1 第一章 引 言 課題的 開發(fā)背景 火災(zāi)在現(xiàn)實生活中是非常普遍的，它被稱為三大自然災(zāi)害之一。 一旦發(fā)生災(zāi)害事故，消防員面對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時，若沒有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場，不僅不能完成任務(wù)，還會徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊已歷經(jīng)諸多血的教訓(xùn)。消防部隊將面對的火災(zāi)和應(yīng)急救 援的形勢相當(dāng)復(fù)雜。 課題的研究現(xiàn)狀 智能小車方面：智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計。 機(jī)器人技術(shù)方面：目前已經(jīng)開發(fā)出了多種類型機(jī)器人機(jī)構(gòu) ，其結(jié)構(gòu)有串聯(lián)、并聯(lián)及垂直關(guān)節(jié)和平面關(guān)節(jié)多種。同時機(jī)器人機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。目前重點研究開放式、模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，具有良好的語言及圖形編輯界面。機(jī)器人已經(jīng)實現(xiàn)了全數(shù)字交流伺服驅(qū)動控制，絕對位置反饋。 課題的研究意義 智能避障滅火機(jī)器人實現(xiàn)了對安全防護(hù)的質(zhì)的提高，也大大地減低了消防人員的危險。 自動滅火避障智能小車可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。 課題任務(wù) 根據(jù)自動控制的基本要求，自動滅火避障智能小車必須在無人干預(yù)的情況下依靠處理器自動完成所有的系統(tǒng)設(shè)計要求。自動避障通過紅外光電開關(guān)感應(yīng)前方的障礙物，程序判斷處理控制小車轉(zhuǎn)彎避開障礙物。 6. 通過單片機(jī)控制小車運(yùn)動狀態(tài)實現(xiàn)小車的滅火避障； 7. 利用 1602 液晶的工作狀態(tài)顯示； 8. 通過編程實現(xiàn)系統(tǒng)程序的模塊化設(shè)計； 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 3 頁 共 51 頁 ??????????????? ??????????第二章 系統(tǒng) 基本原理 與總體 方案設(shè)計 滅火機(jī)器人的基本原理 滅火機(jī)器人滅火原理如圖 1 所示。 單片機(jī)火 焰 檢 測 模 塊避 障 模 塊滅 火 模 塊電 機(jī) 驅(qū) 動 模 塊顯 示 模 塊 圖 1 系統(tǒng)原理方框圖 滅火機(jī)器人的整體設(shè)計 滅火機(jī)器人由四部分組成： 數(shù)據(jù)采集模塊，主要由火焰采集模塊和避障模塊構(gòu)成，實現(xiàn)了滅火機(jī)器人的對各類參數(shù)的采集，是控制器核心部分。 人機(jī) 交互單元，由按鍵及顯示單元組成。 控制模塊，控制模塊主要由電機(jī)驅(qū)動電路、滅火模塊等組成，實現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及開啟風(fēng)扇滅火。 MCU 根據(jù)接收的信息發(fā)出控制指令控制電機(jī)或風(fēng)扇工作，顯示單元可顯示當(dāng)前滅火的次數(shù)和行進(jìn)狀態(tài)。 滅火機(jī)器人模型的測量方案 避障及火焰測量 是滅火機(jī)器人最重要部分之一，它是實現(xiàn)其他功能的基本條件，這一部分性能好壞將關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計一個成本低、可靠性高、滅火效率高、調(diào)試簡便的測量方案是該設(shè)計的關(guān)鍵。超聲波傳感器的原理如圖 3 所示：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。超聲波傳感器在避障的設(shè)計中被廣泛應(yīng)用 [2]。而用單片機(jī)來作方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。 圖 3 超聲波傳感器原理圖 方案 2: 用紅外光電開關(guān)進(jìn)行避障。紅外光電開關(guān)操作簡單，使用方便。當(dāng)沒有光線反射回來時，輸出高電平 [4][7]。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案 2。綜合論證這幾種傳感器，因本設(shè)計使用蠟燭模擬火源，對環(huán)境溫度影響小，煙霧少，排除 了煙霧傳感器。 ? NTC 熱敏電阻和光敏晶體管測量方案 熱 敏電 阻電 路光 敏電 阻電 路A / D轉(zhuǎn) 換器單片機(jī) 圖 5 NTC 熱敏電阻和光敏電阻測量系統(tǒng)圖 如圖 5 所示，利用熱敏或光敏電阻的阻值隨溫度光亮變化的特性，將熱敏或光敏電阻與線性電阻構(gòu)成分壓電路，當(dāng)溫度光亮變化時其阻值變化，進(jìn)而分壓變化，然后將這電壓信號經(jīng)過運(yùn)放放大調(diào)理成 0— 5V 的電壓信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號送給單片機(jī)。光敏電阻在燈光下，易受干擾 在一定范圍內(nèi)空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生變化，光敏電阻受外界干擾比較大，抗干擾能力極差，誤差偏大，不能準(zhǔn)確測定火源位置 [5][6]。 具有靈敏度高，檢測及時準(zhǔn)確、抗干擾性強(qiáng)的特點 。 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 6 頁 共 51 頁 ? 紅外接收二極管識別火焰方案 圖 7 紅外接收二極管原理圖 紅外接收二極管 可以用來探測波長在 700nm ~ 1000nm 范圍內(nèi)的紅外線，探測角度為 60176。 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，通過 電位比較器來反應(yīng)高低電平的變化 。 經(jīng)驗證 紅外接受二極管檢測距離遠(yuǎn)，線性度好，檢測準(zhǔn)確，且體積較小 在機(jī)器人 設(shè)計 中，紅外火焰探頭起著非常重要的作用，它可以用作機(jī)器人的眼睛來尋找火源或 其他物體 。 綜合考慮此處選用紅外接受二極管。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測距離很遠(yuǎn)，為了避免小車判斷不了火焰的遠(yuǎn)近的情況出現(xiàn)，我們設(shè)計了一路近距離火焰?zhèn)鞲衅?。?jīng)實驗驗證，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。我們所選用的直流電機(jī)減速比為 1：74，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/min。v=2***100/60=能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求；實現(xiàn)滅火工作的是采用 12V直流風(fēng)扇，試驗所采用的火源為小蠟燭產(chǎn)生的火焰，火勢較小，直流風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)力足夠在幾秒內(nèi)滅火。 L298 驅(qū)動芯片結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計報告 第 8 頁 共 51 頁 VCC9VC4OUT12OUT23OUT313OUT414IS INA1IS ISB15IN15IN27IN310IN412INA6INB11GND8U6L298D13 D14 D15 D16D21 D22 D23 D249V5VGNDGND12J9JP212J10JP2GND GNDD25 D26D20D19PWMAPWMB123456J4JP6PWMAPWMB5V1kR191kR201kR211kR221 2J312J8D17LED 貼片1kR235VGNDIN1IN2IN3IN4電機(jī)驅(qū)動模塊 圖 9 電機(jī)控制原理圖 如圖 9 所示， OUT1 和 OUT2， OUT3 和 OUT4 分別 接 2 個直流電機(jī)， IN ININ IN4 引腳從單片機(jī)接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA、 ENB 接控制器使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)， L298 的邏輯功能表如表 1 所示： 表 1 電機(jī)轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼 左電機(jī) 右電機(jī) 左電機(jī) 右電機(jī) 電動車運(yùn)行狀態(tài) IN1 IN2 IN3 IN4 1 0 1 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 前行 1 0 0 1 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 1 0 1 1 正轉(zhuǎn) 停