I單片機(jī)控制的滅火小車的總體方案設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u7508單片機(jī)控制的滅火小車的總體方案設(shè)計(jì)案例概述 118371.1.各模塊設(shè)計(jì)方案的選擇 1303951.1.1.單片機(jī)的選擇 182441.1.2.小車底盤(pán)選擇 1320111.1.3.電機(jī)選擇 2219371.1.4.避障探測(cè)器選擇 2198251.1.5.火焰?zhèn)鞲衅鬟x擇 3131931.2.總體設(shè)計(jì)方案 3各模塊設(shè)計(jì)方案的選擇單片機(jī)的選擇方案一:采用STC12C5612AD作為滅火小車的主控制器，他是STC公司生產(chǎn)的單片機(jī)，其內(nèi)部ROM為12K，引腳有28個(gè)，這款芯片具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)。除此之外還有體積小、所占空間小、更節(jié)省材料，使小車更精致的優(yōu)點(diǎn)。但其通用I/O口較少，多功能端口也較少，無(wú)法滿足對(duì)小車功能的實(shí)現(xiàn)，除此之外，其晶振頻率范圍為5.2MHz~6.8MHz，相比一般的單片機(jī)晶振較低。方案二:滅火小車以STC89C52RC單片機(jī)為主控制器，其是STC公司生產(chǎn)的一款8位微控制器，他具有低功耗和高性能的特點(diǎn)，是8051體系的單片機(jī)的升級(jí)加強(qiáng)版，共有引腳40個(gè)，是一個(gè)與傳統(tǒng)完全兼容，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期能夠任意選擇指令代碼的8051單片機(jī)。其帶有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器和32個(gè)通用I/O口，具有EEPROM功能和看門(mén)狗功能，工作頻率范圍相當(dāng)于普通8051的0~80MHZ（0~40MHZ），另外ISP/IAP，不需要專用編程器，也不需要專用仿真器，只要通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）就可以直接下載用戶程序，數(shù)秒就能夠完成一片。是一種具有高速，抗干擾性高以及低功耗的新一代單片機(jī)。方案三：采用ATMEGA128單片機(jī)作為主控制器。它是由Atmel公司所生產(chǎn)的單片機(jī)，A他是一個(gè)具有低功耗和高性能的51內(nèi)核的單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)含有的8K空間的flash只讀存儲(chǔ)器可反復(fù)擦寫(xiě)1000次，其帶有通用I/O32個(gè)，具有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。但是ATMEGA128可能在數(shù)據(jù)處理方面有些不足。因此綜合成本、參數(shù)、性能等條件考慮，采用方案二，選擇使用STC89C52RC。小車底盤(pán)選擇小車的底盤(pán)包括主板，電機(jī)，車輪等，是滅火小車的基本框架，因此，選擇一個(gè)合適的底盤(pán)對(duì)于小車最后的功能實(shí)現(xiàn)與否具有決定性作用。方案一：自己手工制作一個(gè)小車車架，小車主板可以采用木板進(jìn)行自制，電機(jī)可以采用步距精度為3%~5%的步進(jìn)電機(jī)，車輪采用履帶式車輪。該方案相對(duì)節(jié)省成本，且電機(jī)精度較高。不過(guò)考慮到木板需要打磨打孔，組裝較為麻煩，時(shí)間成本較高，車體比較粗糙，小車的平衡難以實(shí)現(xiàn)，履帶式車輪不易改變方向，而且步進(jìn)電機(jī)的能源利用率比較低，控制不好容易引起共振等因素，因此，放棄了這種方案。方案二：在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)適用于設(shè)計(jì)的小車的小車架模型，底盤(pán)采用4mm優(yōu)質(zhì)亞克力原料，尺寸長(zhǎng)200mm*寬130mm,系統(tǒng)空間寬松，車身設(shè)計(jì)了多功能孔位，方便組裝。車輪采用采用兩個(gè)橡膠輪加一個(gè)萬(wàn)向輪，；輪胎采用航模級(jí)別的抗滑輪胎，其材質(zhì)為橡膠，比塑料輪胎防滑能力加強(qiáng)，不會(huì)輕易沖出跑道。萬(wàn)向輪分便小車的拐彎。綜合成本，簡(jiǎn)易程度和精度等因素，在上述方案中采用了方案二電機(jī)選擇本設(shè)計(jì)是制作一輛智能滅火小車，對(duì)于小車而言，運(yùn)動(dòng)是最基本的功能，而運(yùn)動(dòng)依靠車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，而車輪依靠于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此選擇一個(gè)合適的驅(qū)動(dòng)電機(jī)就顯得舉足輕重，由于本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的精準(zhǔn)定位和運(yùn)轉(zhuǎn)，因此綜合考慮之下有以下兩種方案。方案一：采用直流減速TT電機(jī)。此電機(jī)支持電壓為5~9V，減速比例為1:48，觸點(diǎn)方式為碳刷觸點(diǎn)，阻抗方式為抗干擾磁環(huán)，加入壓敏抗阻的轉(zhuǎn)子可抵抗電機(jī)突然啟動(dòng)產(chǎn)生的火花干擾，避免誤觸發(fā)和信號(hào)錯(cuò)誤，碳刷頭能夠有效的降低馬達(dá)啟動(dòng)的噪音，并能夠在啟動(dòng)瞬間提供更大電流，促進(jìn)馬力更強(qiáng)，摩擦壽命是普通馬達(dá)10倍。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)作為系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。因?yàn)樗休^好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性，由此可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的準(zhǔn)確定位，能準(zhǔn)確引導(dǎo)小車駛向火源。但是由于其效率較低，而且需要配備適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源才能供給電脈沖信號(hào)，而且一般情況下他帶負(fù)載慣量的能力不強(qiáng)，輸出力矩較低，不適合用于對(duì)速度有一定要求的系統(tǒng)。根據(jù)上述分析，直流減速電機(jī)能夠較好的滿足本題要求，控制方便。所以采用直流電機(jī)作為本小車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)控制兩個(gè)電機(jī)的工作狀態(tài)來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)向效果。故本系統(tǒng)采取方案一。避障探測(cè)器選擇避開(kāi)障礙物是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，他是小車能夠正常行駛并且能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)火焰的保障，小車只有順利避障才可實(shí)現(xiàn)后續(xù)的工作。方案一：采用超聲波避障傳感器，雖然超聲波傳感器使用起來(lái)非常的簡(jiǎn)單，安裝也比較方便，成本也比較親民。但是大部分的超聲波傳感器都存在著一些小缺點(diǎn)，比如反射，噪音，交叉等等的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)使用的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，會(huì)使車身產(chǎn)生震動(dòng)，而且周圍也可能會(huì)有噪音。另外超聲波傳感器的檢測(cè)角度較小，方向性比較差，很難去根據(jù)反射波來(lái)確定障礙物的高度和具體位置，需要安裝多個(gè)傳感器，由此會(huì)產(chǎn)生信號(hào)與回收交叉的問(wèn)題。方案二：采用紅外避障傳感器。這是一個(gè)漫反射避障模塊，是一種紅外線發(fā)射管和紅外線接收管一體化的傳感器，其紅外光經(jīng)過(guò)調(diào)制后由發(fā)射管發(fā)出，當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，紅外光反射被接收管接收，接收頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸出，有效避免了可見(jiàn)光的干擾，通過(guò)LM324比較器的處理后，信號(hào)輸出接口會(huì)輸出低電平信號(hào)，系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)決定下一步的運(yùn)動(dòng)。其檢測(cè)距離并不是一成不變的，可以通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器上的電位器旋鈕來(lái)改變它的檢測(cè)距離，大概有效距離范圍為2~80cm，其工作電壓范圍在3.3V~5V。在探測(cè)過(guò)程中，由于紅外光的特性和物體的反射性質(zhì)，在一定范圍內(nèi)，假使沒(méi)有障礙物，那么發(fā)射管發(fā)射出的紅外線就會(huì)隨著傳播距離的增加而逐漸減弱，最后消失，但是如果存在障礙物，那么紅外線在遇到障礙物的時(shí)候就會(huì)被反射回傳感器接收頭，傳感器通過(guò)是否檢測(cè)到接收信號(hào)就能夠確認(rèn)前方是否存在障礙物，并傳送給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理分析，對(duì)小車的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出合適的指令。此傳感器具有受光干擾比較小、安裝方便、使用方便、成本實(shí)惠等特點(diǎn)考慮到本設(shè)計(jì)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，并沒(méi)有十分復(fù)雜的環(huán)境，為了便于操作和調(diào)試，本文采用了方案二?；鹧?zhèn)鞲衅鬟x擇火焰?zhèn)鞲衅魇菧缁鹦≤囉脕?lái)尋找火源的傳感器，小車能否實(shí)現(xiàn)尋火滅火就取決于火焰?zhèn)鞲衅鲗?duì)于火源的探尋。方案一：采用煙霧傳感器，此傳感器被廣泛使用于火警檢測(cè)，這是一種間接檢測(cè)火焰的傳感器，只有當(dāng)火源中產(chǎn)生一定濃度的煙霧時(shí)，傳感器才會(huì)報(bào)警。但是有些時(shí)候有些物質(zhì)燃燒并不會(huì)產(chǎn)生較大的煙霧。因此運(yùn)用這個(gè)傳感器容易錯(cuò)過(guò)一些星星之火，再者本次設(shè)計(jì)采用的火源為蠟燭所模擬，因此并不能產(chǎn)生傳感器所需要的一定濃度的煙霧，所以此傳感器不適用于本次設(shè)計(jì)。方案二：采用紫外傳感器查探火焰，紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕贿\(yùn)用于一些火災(zāi)消防系統(tǒng)，主要運(yùn)用場(chǎng)所是一些易燃易爆炸的地方，該傳感器對(duì)于產(chǎn)自火源的400納米以下的熱輻射較為敏感，敏感角度相對(duì)而言較為寬泛，對(duì)于火焰中所發(fā)出的弱紫外線能夠極其快速準(zhǔn)確的探測(cè)出來(lái)。他的靈敏度極高，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)明火敏感，能夠?qū)馂?zāi)迅速做出反應(yīng)，但是由于本次設(shè)計(jì)的場(chǎng)地范圍過(guò)小，而紫外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)范圍過(guò)于寬泛，因此不適合本設(shè)計(jì)方案方案三：采用數(shù)字火焰?zhèn)鞲衅?，這個(gè)傳感器靈敏度高。檢測(cè)距離范圍在1~60cm,檢測(cè)距離可以通過(guò)靈敏度可調(diào)電阻來(lái)進(jìn)行調(diào)試，能夠探測(cè)到700nm~1100nm的短波近紅外線，其探測(cè)角度在60度左右，對(duì)火焰光譜尤為敏感，適用于本次設(shè)計(jì)所假設(shè)的場(chǎng)地范圍和火源類型。從經(jīng)濟(jì)和方便角度考慮，本設(shè)計(jì)采用了方案三?？傮w設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析和論證，本論文最終確定了如下方案：采用STC89C52RC單片機(jī)作為主控制器。采用亞克力主板。采用直流減速電機(jī)。采用紅外傳感器進(jìn)行避障。采用數(shù)字火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸驹O(shè)計(jì)的火源傳感器?？傮w設(shè)計(jì)：在智能滅火小車底盤(pán)上安裝兩個(gè)輪子并由直流減速電機(jī)帶動(dòng)，后方安裝一個(gè)萬(wàn)向輪，方便小車的拐