【正文】 .........................................14 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................15 軟件設(shè)計(jì)思路 ..........................................................................15 系統(tǒng)程序流程圖 ......................................................................15 避障模塊程序流程圖 .......................................................16 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊程序流程圖 ...............................................17 滅火模塊程序流程圖 .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 延時(shí)子程序 ......................................................................24 本章小結(jié) .................................................................................24 第 5 章 仿真調(diào)試 ...............................................................................25 硬件調(diào)試 .................................................................................25 石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VI 避障電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)試 ...................................................25 火焰檢測(cè)模塊的調(diào)試 .......................................................27 調(diào)試軟件 WAVE 介紹 ..............................................................28 主界面 .............................................................................28 菜單介紹 ..........................................................................28 軟件程序調(diào)試 ..........................................................................29 調(diào)試的主要方法和技巧 ...................................................29 利用 WAVE 調(diào)試本系統(tǒng) .....................................................29 綜合調(diào)試 .................................................................................30 本章小結(jié) .................................................................................30 結(jié)論 ......................................................................................................31 致謝 ......................................................................................................32 參考文獻(xiàn) ...............................................................................................33 附錄 1 ...................................................................................................34 附錄 2 ...................................................................................................35 石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 滅火 小車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景和意義 火災(zāi)在現(xiàn)實(shí)生活中是非常普遍的，它被稱為三大自然災(zāi)害之一。在智能滅火系統(tǒng)中應(yīng)用單片機(jī)來(lái)代替人的思考，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，簡(jiǎn)化了滅火的工作流程，使單片機(jī)代替多余的消防人員，節(jié)省了國(guó)家不必要的支出，減低了危險(xiǎn)。 滅火小車(chē)控制系統(tǒng)的研究 除了在科學(xué)研究方面具有深遠(yuǎn)的意義，它也是一個(gè)很好的教學(xué)平臺(tái)。目前國(guó)家所提倡的素質(zhì)教育中，能力培養(yǎng)是核心。對(duì)推動(dòng)高校的科技創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研一體化產(chǎn)生了積極作用，也為提高我國(guó)在 智能機(jī)器領(lǐng)域的國(guó)際地 位做 出了積極貢獻(xiàn)。前 10 年處于研究單 位自行開(kāi)展研究工作狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制算法及機(jī)器人編程語(yǔ)言的研究，機(jī)器人內(nèi)外部傳感器的研究與開(kāi)發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長(zhǎng)足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還有一段距離。隨著我國(guó)工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，機(jī)器人自動(dòng)化線的市場(chǎng)也會(huì)越來(lái)越大，并且逐漸成為自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要方式。據(jù)預(yù)測(cè)，目前我國(guó)僅汽車(chē)行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求此類(lèi)自動(dòng)化線就達(dá) 300多條，產(chǎn)值 約為上百億元人民幣。消防滅火機(jī)器人，又稱自行式水 泡沫消防炮，是一種結(jié)合多種消防滅火手段為一體的新型消防裝備。 我國(guó)滅火 小車(chē) 科研事業(yè)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)車(chē)間最終戰(zhàn)斗在火場(chǎng)一線，為我國(guó)消防裝備的發(fā)展注入了新鮮血液，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。消防裝備科研應(yīng)始終貫徹 從火場(chǎng)中來(lái)，到火場(chǎng)中去 的指導(dǎo)思想，貼近火場(chǎng)一線，急火場(chǎng)之所急。 1984 年 11 月，在日本東京的一個(gè)電纜隧道內(nèi)發(fā)生了一起火災(zāi)，消防隊(duì)員不得不在濃煙和高溫的危險(xiǎn)環(huán)境下在隧道內(nèi)滅火。 遙控消防機(jī)器人 1986 年第一次使用了這種機(jī)器人。這種機(jī)器人裝有履帶，最大行駛速度可達(dá) 10 公里 /小時(shí)，每分鐘能?chē)姵?5 噸水或 3 噸泡沫。機(jī)器人高 45 厘米，寬 74 厘米，長(zhǎng) 120 厘 火焰，噴嘴將水流轉(zhuǎn)變成高壓水霧噴向火焰。機(jī)器人有 4 條履帶，一只操作臂和 9 種采集數(shù)據(jù)用的采集裝置，包括攝像機(jī)、熱分布指示器和氣體濃度測(cè)量?jī)x。 滅火 小車(chē)控制系統(tǒng) 的目標(biāo) 本 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的 智能滅火 小車(chē)控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍十分廣泛， 設(shè)計(jì)的 滅火小車(chē)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn) 自動(dòng)避障 、 檢測(cè)火源、 吹風(fēng)滅火 、 報(bào)警 等功能，可通過(guò) 光電傳感器 的監(jiān)控來(lái)進(jìn)行設(shè)定小 車(chē) 是否前進(jìn) 。 石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2章 滅火 小車(chē)控制系統(tǒng)介紹 滅火 小車(chē) 控制 系統(tǒng)功能概述 經(jīng)過(guò)開(kāi)題期間的文獻(xiàn)查閱和實(shí)際情況調(diào)研，了解到目前的消防 車(chē)的研究與設(shè)計(jì)一般采用的方案大都為： 通過(guò)人為報(bào)警，再由消防人員開(kāi)著小車(chē)去滅火。通過(guò)自己的想法。 該控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)： 1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 2. 體積小、功率低 3. 信號(hào)無(wú)干擾，傳輸準(zhǔn)確度高 4. 成本低廉 5. 安全 系統(tǒng)各個(gè)功能模塊簡(jiǎn)介： 1. 避障 模塊 ：主要用來(lái)給小車(chē)做導(dǎo)航 避開(kāi)障礙物 前進(jìn)用。 3. 火焰 模塊：主要用來(lái)對(duì) 火焰 傳感器給單片機(jī)傳值的功能 。 5. 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊：主要是用來(lái)控制風(fēng)扇 是否 吹風(fēng) ， 來(lái) 實(shí)現(xiàn)小車(chē) 滅火 功能。 在行走的過(guò)程中光電對(duì)干電路檢測(cè)是否遇到障礙物，若遇到障礙物，通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞開(kāi)障礙物，若無(wú)信號(hào)，繼續(xù)前行。 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 用單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計(jì)一個(gè)滅火小車(chē)控制系統(tǒng)。若有偏離，能夠自動(dòng)糾正，返回到預(yù)設(shè)軌道上來(lái)。小車(chē)通過(guò)障礙區(qū)后，能夠自動(dòng)循跡。 本章小結(jié) 本章結(jié)合目前的智能滅火小車(chē)控制系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前的控制系統(tǒng)進(jìn)行了概述，系統(tǒng)具備的功能以及系統(tǒng)控制的工作原理，通過(guò)閱讀本章內(nèi)容可對(duì)該系統(tǒng)有 一個(gè)總體的了解。 12V 電源 單獨(dú)給電機(jī)供電，再 用 7805 把 12V 電源降壓至5V 給單片機(jī)供電。如果沒(méi)有該信號(hào)，則一直等待。 到達(dá)火災(zāi)地點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)晶閘管導(dǎo)通風(fēng)扇控制電路，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇滅火 。 AT89C52 主控芯片介紹 AT89C52 簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)的核心部件 AT89C52是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓 ,高性能 CMOS8位 主控制器 小車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 避障模塊 火焰檢測(cè)模塊 電源部分 滅火風(fēng)扇電機(jī) 石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 單片機(jī) ,片內(nèi)含 2k字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM)和 128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM),器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash存儲(chǔ)單元，具有較高的性價(jià)比。 AT89C52 包括： （ 1）一個(gè) 8 位微處理器 CPU。 （ 3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM。 （ 5）四個(gè) 8 位可編程的并行 I/O 端口，每個(gè)端口既可作輸 入，也可作輸出。 （ 7）中斷控制系統(tǒng)。 AT89C52 單片機(jī)的基本組成如圖 32 所 示。 此外 ， AT89C52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式 以適石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 2. GND：地。 P1 口（ ～ ）： 它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P1 口的驅(qū)動(dòng)能力為 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，作為高 8 位地址線。 圖 33 AT89C52 管腳圖 P3 口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C52 的各種功能，如下表 31 所示。 RST 一旦變成高電平，所有的 I/O 引腳就復(fù)位到 “1” 。 每一個(gè)機(jī)器周期需 12 個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。 6. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出 。 當(dāng)沒(méi)有光反射回來(lái)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。 經(jīng)試驗(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。 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。 因此我 考慮用比較器的方案。 而且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證給此電路供電的電池的壓降較 小。 該模塊在整個(gè)系統(tǒng)中也起到很大的作用，小車(chē)能否 順利地避開(kāi)障礙物 順利石河子大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 到達(dá)火源處全靠避障模塊的處理性能的快慢了。小車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中由光電開(kāi)關(guān)向前方發(fā)射出紅外線，當(dāng)紅外線遇到障礙物時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被光電開(kāi)關(guān)接收。光電開(kāi)關(guān)的平均探測(cè)距離為 30cm。光電開(kāi)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)此做出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，當(dāng)檢測(cè)到有障礙物的時(shí)候，光電對(duì)管就能夠接收到物體反射的紅外光，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)。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平。 方案 3： 直流驅(qū)動(dòng)紅外探測(cè)器電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算電路如圖所示。通過(guò) NE555 第 3 腳輸出的 TTL 電平可以直接驅(qū)動(dòng)單片機(jī) I/O 口。 圖 36 避障電路圖 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，沒(méi)有十分復(fù)雜的環(huán)境。 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 方案 1： 采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。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。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)。L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電機(jī)， OUT OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)。 也利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 信號(hào)接到 ENA， ENB 端子，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。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。 因此我們選用了方案 1。 方案 1： 采用 8 節(jié) 干電池供電，電壓達(dá)到 12V，給支流電機(jī)供電，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。 方案 2：采用 3 節(jié) 可充電式鋰電池串聯(lián)共 給直流電機(jī)供電，經(jīng)過(guò)