基于單片機(jī)控制的消防智能汽車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要近年來火災(zāi)發(fā)生得越來越頻繁,為了有效減輕消防員的工作負(fù)擔(dān)，本文設(shè)計(jì)并研究了一種單片機(jī)控制的消防智能汽車。它可以實(shí)現(xiàn)避障，跟蹤速度的調(diào)節(jié)、自動泊車、時間和里程的自動記錄。要到消防現(xiàn)場任何地方做滅火工作，以單片機(jī)為控制核心，使用光電傳感器檢測、火焰?zhèn)鞲衅鳈z測和電動機(jī)驅(qū)動技術(shù)等方式來實(shí)現(xiàn)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)汽車自動找到火源并且避開障礙物，自動完成滅火的功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī)滅火循跡避障系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)目錄1.緒論 11.1 研究背景 11.2 研究意義 11.3 研究內(nèi)容及預(yù)期結(jié)果 11.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.4.1國外研究現(xiàn)狀 21.4.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 22.設(shè)計(jì)方案 32.1消防智能小車的總體設(shè)計(jì) 32.1.1 CPU芯片的選擇 32.1.2 小車底盤的選擇 32.1.3 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇 32.1.4避障探測器選擇 42.1.5電源的選擇 42.1.6最終設(shè)計(jì)方案 42.2 小車滅火流程 53.系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì) 63.1主控模塊地設(shè)計(jì) 62.1.1 STC89C52芯片 63.1.2STC89C52的外部結(jié)構(gòu)及特性 63.1.3STC89C52內(nèi)部組成 93.2電機(jī)驅(qū)動的設(shè)計(jì) 103.2.1電機(jī)的介紹 103.2.2驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì) 113.3火焰?zhèn)鞲衅鞯脑O(shè)計(jì) 123.4避障傳感器模塊設(shè)計(jì) 133.5尋線模塊的設(shè)計(jì) 143.6串行口模塊的設(shè)計(jì) 163.7小車的整體硬件設(shè)計(jì) 174.各模塊程序設(shè)計(jì) 184.1尋線子模塊程序 184.2 躲避障礙物子程序 194.3 小車滅火子程序 205.系統(tǒng)的調(diào)試與分析 215.1小車的制作過程 215.2智能小車的調(diào)試 215.2.1調(diào)試中問題的解決 215.2.2調(diào)試結(jié)果 225.2.3調(diào)試的分析與改進(jìn) 235.3小車優(yōu)缺點(diǎn)分析 235.3.1小車的優(yōu)點(diǎn) 235.3.2小車的缺點(diǎn) 23結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26附錄一電路原理圖 27緒論研究背景現(xiàn)如今，各種災(zāi)難頻繁發(fā)生，對生命最有害，最常見的是火災(zāi)。在農(nóng)村和城市地區(qū)，特別是在大城市中，經(jīng)常發(fā)生不同程度的火災(zāi)。隨著城市化進(jìn)程的加快，火災(zāi)的種類和程度發(fā)生了重大變化，為了能夠更好地發(fā)現(xiàn)和解決這些問題，改善滅火設(shè)備地功能已經(jīng)變成不可避免地問題。在消防工具中，對付重大火勢最有效手段無疑就是一輛消防汽車。消防小車是目前人們在城市中用來進(jìn)行滅火、輔助性地滅火或者消防救護(hù)地移動型滅火最有效設(shè)備。它主要是根據(jù)不同地緊急救援對象和消防需求而設(shè)計(jì)和制造地一種特殊運(yùn)輸車輛，適合于消防員地使用并且配備各種消防工具或者滅火藥物，已經(jīng)發(fā)展成為了消防隊(duì)伍的主要設(shè)備。隨著科技的快速發(fā)展，自動化技術(shù)和智能化技術(shù)變得越來越成熟，各種高科技也被應(yīng)用于智能化車輛和機(jī)器人制造產(chǎn)業(yè)。智能駕駛車輛主要是計(jì)算機(jī)通訊，自動化管理和人工智能等應(yīng)用領(lǐng)域中技術(shù)的有機(jī)組合。它整合了許多相關(guān)學(xué)科當(dāng)中的基礎(chǔ)知識并已經(jīng)涵蓋當(dāng)今許多行業(yè)。社會科學(xué)知識?，F(xiàn)在許多大型的學(xué)院和社團(tuán)已經(jīng)舉辦并組織了各種類型、不同程度的電子設(shè)計(jì)比賽。這樣的競賽不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維和動手能力還有助于促進(jìn)學(xué)生從實(shí)際操作中更牢固的把握所學(xué)理論知識更重要的一點(diǎn)就是它們可以促進(jìn)學(xué)生在未來的職業(yè)和場所中脫穎而出。近年來智能汽車的研發(fā)與設(shè)計(jì)也越來越頻繁出現(xiàn)。因此智能汽車的研發(fā)與設(shè)計(jì)已經(jīng)受到許多大師的青睞。越來越多的大學(xué)畢業(yè)生選擇了智能駕駛汽車作為他們畢業(yè)設(shè)計(jì)的主題。研究意義在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，智能汽車的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和控制是相對較高的主題，對智能汽車的設(shè)計(jì)要求也相對較高，涉及知識在微控制器，數(shù)?；旌鲜诫娐?，傳感器和傳感器中的應(yīng)用,它反映了學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識和進(jìn)行理論設(shè)計(jì)實(shí)踐創(chuàng)新的能力。研究內(nèi)容及預(yù)期結(jié)果設(shè)計(jì)并制作智能消防車模型，可以避免障礙物撲滅指定區(qū)域的火災(zāi)。基本內(nèi)容：（1）智能車從起點(diǎn)開始，不能超過指定區(qū)域。（2）在指定區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)有2個火源，汽車可以自動找到火源并主動接近火源。（3）我可以主動避免途中的障礙。（4）滅火工作完成后能夠撲滅火源并返回指定位置。預(yù)期結(jié)果:智能消防車的探測系統(tǒng)：探測確定其是否可以正常進(jìn)行，正常探測確定其是否可以成功撲滅火災(zāi)。如何在汽車行駛過程中發(fā)現(xiàn)障礙物，并積極地避開障礙物，以及如何準(zhǔn)確地檢測火源并實(shí)現(xiàn)滅火。智能消防車的行駛系統(tǒng)：車輛必須在指定區(qū)域行駛并且準(zhǔn)確到達(dá)火源位置。為此，有必要實(shí)現(xiàn)電動風(fēng)扇來滅火。智能消防車的控制系統(tǒng)：在行駛過程中，車輛不應(yīng)超過規(guī)定的區(qū)域，這要求檢測系統(tǒng)與車輛的行駛系統(tǒng)相匹配。即在微控制器的控制下完成功能。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4.1國外研究現(xiàn)狀歐美的一些發(fā)達(dá)國家非常重視智能汽車的研究，亞洲國家和日本也更加關(guān)注智能汽車的發(fā)展。他們每年投入了大量的人力，財(cái)力和物力。美國開始組織和實(shí)施智能車輛倡議（IVI）計(jì)劃，歐洲提出了道路安全行動計(jì)劃（PSAR），日本提出了超級智能車輛系統(tǒng)。更值得注意的是，智能消防車的發(fā)展相對較快。美國和歐洲一些發(fā)達(dá)國家正在開發(fā)智能消防車，以實(shí)現(xiàn)節(jié)水、輕巧、智能和多功能的目的。根據(jù)這一趨勢，可以預(yù)見未來的智能車輛系統(tǒng)，將會有持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展前景[6]。1.4.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀自改革開放以來，我國的智能消防車技術(shù)部成熟，基本依靠進(jìn)口。此后，隨著我國汽車行業(yè)整體技術(shù)水平的提高，智能消防車的生產(chǎn)取得了快速的發(fā)展。但是，和國外一些發(fā)達(dá)國家的智能汽車研究領(lǐng)域相比，我國還有很長的路要走。特別是，大型智能消防汽車基本上依賴進(jìn)口，因此在中國無法獨(dú)立生產(chǎn)。由于智能汽車的研究將促進(jìn)汽車工業(yè)及其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此它具有巨大的市場潛力。我國科學(xué)技術(shù)部于2002年正式啟動“第十個五年計(jì)劃”重大項(xiàng)目，聯(lián)合有關(guān)研究機(jī)構(gòu)，汽車制造商和大專院校，發(fā)揮各自優(yōu)勢，努力進(jìn)一步發(fā)展，與發(fā)達(dá)國家一起縮小了智能汽車系統(tǒng)的領(lǐng)域差距，這將在潛在的市場中盡快得到發(fā)展。2.設(shè)計(jì)方案2.1消防智能小車的總體設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)以STC89C52芯片為核心，利用光傳感器檢測，火焰?zhèn)鞲衅鳈z測和電機(jī)驅(qū)動技術(shù)來完成使消防汽車自動搜索火源，避開障礙物并完成自動滅火的功能。在這之外，設(shè)計(jì)的本身更加注重基礎(chǔ)性和實(shí)用性。對于此研究，可以進(jìn)行各種擴(kuò)展和改進(jìn)以使其功能更全面和可用。智能汽車模型不僅為消防車的發(fā)展提供了思路和參考，而且適和我國智能汽車的發(fā)展。CPU芯片的選擇它采用STC89C52作為主要控制，是STC生產(chǎn)的一種低功耗，高性能8位微控制器，具有8K系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存和40個引腳。32個通用I/O端口。其晶體振蕩器的工作頻率為0?40MHZ。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，并且通過芯片的改進(jìn)，它具有51單片機(jī)所沒有的許多功能[1]。在芯片上，STC89C52帶有智能8位CPU和系統(tǒng)內(nèi)可編程，為許多嵌入式控制的應(yīng)用系統(tǒng)提供了高度靈活和高效的解決方法。小車底盤的選擇該汽車包括主板，電動機(jī)和車輪，它們是智能汽車的基本框架。因此，底盤的選擇對于汽車生產(chǎn)與實(shí)現(xiàn)的成功至關(guān)重要。主板采用強(qiáng)度高，韌性好，耐高溫，使用全鐵板。馬達(dá)使用黃色TT馬達(dá)，車輪使用全鐵的萬向輪。壓克力板符合韌性和重量輕的要求，適用于汽車主板。TT電機(jī)價(jià)格便宜，精度高，可以保證汽車在指定區(qū)域行駛，行駛能力也可以滿足要求。三輪驅(qū)動更容易調(diào)整方向，而實(shí)際汽車的駕駛更靈活?；鹧?zhèn)鞲衅鞯倪x擇火焰?zhèn)鞲衅魇菍ｉT用于搜索消防智能汽車的火源的傳感器。汽車是否可以起火取決于火焰?zhèn)鞲衅骱突鹧鎮(zhèn)鞲衅鲗鹪吹乃阉?。使用紅外線接收器。小車兩側(cè)都安裝了兩個傳感器，用于長距離和短距離定位檢測。火焰?zhèn)鞲衅髦蟹瓷涞臄?shù)據(jù)和信號由電容器過濾。經(jīng)過計(jì)算和比較后，輸入數(shù)據(jù)將發(fā)送到單元計(jì)算機(jī)的I/O端口，通過自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器和變阻器的大小以更改比較器的參考電壓，該解決方案的主要優(yōu)點(diǎn)之一是工作電壓低，方向性好，在長距離和短距離下都能準(zhǔn)確定位可以有效地消除火源放置的地方有各種各樣的特殊現(xiàn)象，但是在某些地方有盲點(diǎn)。所需的組件相對便宜，并且可以準(zhǔn)確找到滅火器。2.1.4避障探測器選擇避免障礙是此設(shè)計(jì)的重要組成部分。這是保證汽車能夠正常行駛并能夠準(zhǔn)確找到火源的保證。只有避開障礙物，汽車才能完成后續(xù)工作。紅外避障傳感器是對發(fā)射光的解調(diào)和輸出，能夠有效地避免可見光的干擾。鏡頭的使用還使傳感器能夠檢測到最大80cm的距離。由于紅外光的特性，對于不同亮度和不同顏色的物體的檢測距離是不同的?？梢詸z測較長時間的明亮物體（例如白色），而可以檢測較短距離的黑暗物體（例如黑色）?？梢酝ㄟ^尾部的旋鈕根據(jù)需要調(diào)整檢測障礙物的距離。該傳感器具有檢測距離長，對可見光的干擾少，價(jià)格低廉，方便安裝，使用順手的特點(diǎn)，更適合于小型車輛避障。2.1.5電源的選擇此設(shè)計(jì)需要電池電源，因此您還需要考慮系統(tǒng)以選擇合適的電源。使用可充電式鋰電池，該鋰電池體積較小，可反復(fù)充電，利用率較高，節(jié)能環(huán)保，其性能滿足本設(shè)計(jì)要求。2.1.6最終設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)的基本功能模塊總框圖如圖2-1所示。尋跡模塊尋跡模塊滅火模塊電源模塊避障模塊STC89C52圖2-1系統(tǒng)原理框圖報(bào)警模塊控制器傳感器電STC89C52圖2-1系統(tǒng)原理框圖報(bào)警模塊控制器傳感器電機(jī)驅(qū)動小車滅火流程電機(jī)用于移動小車，以便小車可以在一定的空間內(nèi)移動。汽車可以根據(jù)自己的傳感器檢測地面上的火源和障礙物，放大并標(biāo)準(zhǔn)化檢測到的信號，然后將它們發(fā)送到STC89C52控制器。中央處理器根據(jù)接收到的信號控制電動機(jī)和控制器，使汽車能夠自動找到火源。同時，紅外避障傳感器連續(xù)發(fā)射光束以掃描汽車的方向[7]。當(dāng)接收到返回的光束時，表明前方有障礙物，STC89C52控制器將調(diào)用避障程序以使汽車?yán)@過障礙物。最后，使用火焰?zhèn)鞲衅鞑檎一鹪?，STC89C52控制器調(diào)用滅火程序以實(shí)施滅火。消防智能小車地基本功能流程圖如下圖2-2所示。圖2-2小車基本功能流程圖直行開始否執(zhí)行滅火是否是否發(fā)現(xiàn)火源是否發(fā)現(xiàn)障礙物是避開障礙物

圖2-2小車基本功能流程圖直行開始否執(zhí)行滅火是否是否發(fā)現(xiàn)火源是否發(fā)現(xiàn)障礙物是避開障礙物3.系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)3.1主控模塊地設(shè)計(jì)3.1.1STC89C52芯片STC89C52是STC推出的一款超級耐受干擾，在線編程，高速，低功耗CMOS8位微控制器。該芯片包含8KB可擦寫Flash只讀程序存儲器和256bytes隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲（RAM）。該設(shè)備采用STC的高密度，非易失性存儲技術(shù)，并采用標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)和8052生產(chǎn)。該產(chǎn)品與引腳兼容，并內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和閃存存儲單元。功能強(qiáng)大的STC89C52單片機(jī)適用于許多更復(fù)雜的控制應(yīng)用[3]。實(shí)物圖如圖3-1所示。圖3-1圖3-1STC89C52的實(shí)物圖3.1.2STC89C52的外部結(jié)構(gòu)及特性其外形封裝有兩種形式：雙列直插式引腳封裝（DIP）和方形44引腳封裝（PLCC），直插式40，引腳封裝（DIP）如圖3-2和圖所示。圖3-2圖3-2STC89C52引腳排列STC89C52的40只引腳安其功能來分，可分為三類：電源及時鐘引腳、控制引腳、I/O引腳。（1）電源及時鐘引腳VCC（40引腳）：接+5V電源；GND（20引腳）：接地；XTAL1（19引腳）：接外部晶體的一個引腳。CHMOS單片機(jī)采用外部時鐘信號時，時鐘信號由此引腳輸入。XTAL2（18引腳）：接外部晶體的一個引腳。HMOS單片機(jī)采用外部時鐘子信號時，外部時鐘信號由此引腳輸入。（2）控制引腳RST/VpD（9引腳）：RST是復(fù)位信號輸入端，接高電平時有效。VpD為本引腳的第二功能，當(dāng)VCC掉電后，此引腳可接備用電源，低功耗條件下保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。ALE/PROG（30引腳）：ALE為地址鎖存永許信號，當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時，該引腳的輸出信號ALE用于鎖存PO口的低8位地址，ALE輸出的頻率為時鐘振蕩頻率的1/6。PROG為這個引腳的第二功能，對片內(nèi)EPROM編程時，編程脈沖由該引腳引入。PSEN（29引腳）：程序存儲器允許輸出控制端。輸出讀外部程序存儲器的選通信號。取指令操作期間，PSEN的頻率為震蕩頻率的1/6；若此期間有訪問外部數(shù)據(jù)存儲器操作，則有一個機(jī)器周中的PSEN信號將部出現(xiàn)。EA/Vpp（31引腳）：EA功能為內(nèi)部程序存儲器選擇控制端。當(dāng)EA=1時，單片機(jī)訪問內(nèi)部存儲器，當(dāng)EA=0時，則只訪問外部程序存儲器。Vpp為本引腳的第二功能，在8751單片內(nèi)EPROM編程期間，此引腳引入12V編程電源。（3）I/O口引腳STC89C52的4個8位I/O口的功能說明如下：P0口：P0口是一個雙向8位三態(tài)I/O口。此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。P0口可以作為輸入/輸出口，但實(shí)際應(yīng)用中，常作為地址/數(shù)據(jù)總線口。應(yīng)注意，當(dāng)P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線口使用時，不能再作為輸入/輸出口使用。P1口：P1口時一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P1口每一位都能作為可編程的輸入輸出口線，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。與P0相同，當(dāng)P1口作為輸入口時，應(yīng)先向其鎖存器寫入“1”，作輸出口使用時，已能對外提供攤位電流負(fù)載，外電路無需再接上拉電阻。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向10口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTl邏輯電平。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)P2口中的幾位作為地址使用時，剩下的P2口不能作為1/O口使用。P3口：P3

口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向10口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTl邏輯電平。P3口亦可作為STC89C52特殊功能(第二功能)使用，如下所示:P3.0

RXD(串行輸入口)P3.1

TXD(串行輸出口)P3.2

INTO(外部中斷0輸入口)P3.3

INTI(外部中斷1輸入口)P3.4

TO(定時器0外部計(jì)數(shù)輸入)P3.5TI(定時器

I外部計(jì)數(shù)輸入)P3.6

WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號)本次設(shè)計(jì)實(shí)際使用的I/O口較多，P1.0~P1.4是對火焰?zhèn)鞲衅骺刂埔_，此次使用了5個火焰?zhèn)鞲衅鳎康氖菫榱四軌虮ＷC在檢測到更廣泛的范圍內(nèi)的火焰。此次設(shè)計(jì)使用了3路尋線傳感器，分別由P1.5、P1.5、P1.7控制右、中、左的檢測探頭。單片機(jī)的P2.0控制左輪電機(jī)的正轉(zhuǎn)，P2.1控制左輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，P2.2控制右輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，P2.3控制右輪電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過引腳輸出電平的高低來控制的。避障是本次設(shè)計(jì)的突出電，共使用了4個避障傳感器你，中間兩個，兩側(cè)各一個，分別由P3.1（控制右側(cè)避障傳感器）、P3.2（控制中間避障傳感器）、P3.3（控制中間避障傳感器）、P3.4（控制左側(cè)避障傳感器）。3.1.3STC89C52內(nèi)部組成STC89C52單片機(jī)在芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時/計(jì)數(shù)器和多功能I/O口等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路又稱MCU。該單片機(jī)內(nèi)部包含以下幾個部件：一個8位CPU；8KBROM程序存儲器；一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路；8KB

ROM程序存儲器；256字節(jié)RAM數(shù)掂存儲器；可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB外部程序存儲空間的控制電路；32條可編程1/O線(4個8位并行1O端口)

；三個

16位定時/計(jì)數(shù)器；一個可編程全雙工串行口；8

個中斷源、2個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4STC89C52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3.2電機(jī)驅(qū)動的設(shè)計(jì)3.2.1電機(jī)的介紹電動機(jī)用于驅(qū)動手推車和滅火風(fēng)扇。這次用于驅(qū)動手推車的電動機(jī)是TT減速電動機(jī)（減速比為1：120），而滅火風(fēng)扇是130直流電動機(jī)。TT減速電機(jī)的3V空載速度為50r/min。電機(jī)的特點(diǎn)是效率高，可靠性高，使用壽命長，易于維護(hù)，適用范圍廣。130直流電動機(jī)是有刷直流電動機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)速為2000?3000r/min。電機(jī)轉(zhuǎn)矩大，工作時間長。這兩種電機(jī)的實(shí)物圖分別如圖3-5和圖3-6所示。圖3-6直流電機(jī)圖3-5TT減速電機(jī) 3.2.2驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì)為了控制或調(diào)節(jié)直流電動機(jī)的速度，需要直流電動機(jī)的驅(qū)動電路。驅(qū)動電路實(shí)際上是一個大功率放大器。電機(jī)驅(qū)動器使用L293D雙H橋驅(qū)動器。L293D是單片集成式高電壓，大電流，4通道電動機(jī)驅(qū)動器，旨在連接到標(biāo)準(zhǔn)DTL或TTL邏輯電平，以驅(qū)動電感性負(fù)載（例如繼電器線圈，DC和步進(jìn)電動機(jī)）和開關(guān)功率晶體管等。增加了多級驅(qū)動，COMS超高輸入阻抗，對輸入信號無驅(qū)動要求，適用于各種I/O端口。該模塊具有體積小，控制方便和過熱保護(hù)的特點(diǎn)。所使用的芯片L293是SGS生產(chǎn)的中小型直流電動機(jī)專用驅(qū)動芯片，屬于H橋集成電路。其輸出電流為1000mA，最大電流為2，最高工作電壓為36V。它可以驅(qū)動感性負(fù)載，適用于頻率為5kHz的開關(guān)應(yīng)用。它有16個引腳，其中4個引腳可以同時驅(qū)動兩個直流電動機(jī)。L293D電機(jī)驅(qū)動模塊電路原理圖如圖3-7所示。圖3-7L293D電機(jī)驅(qū)動電路原理圖根據(jù)圖3-7可知，電路圖的左右兩邊分別控制著電機(jī)M1、M2、2、7引腳分別是電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)控端，14、10引腳分別是電機(jī)M2的正反轉(zhuǎn)控制端，VS提供電機(jī)工作所需電壓，VCC為5V控制電壓。表3-1兩臺直流電機(jī)控制邏輯表電機(jī)工作狀態(tài)正轉(zhuǎn)控制端反轉(zhuǎn)控制端電機(jī)M1正轉(zhuǎn)10反轉(zhuǎn)01停止0/10/1電機(jī)M2正轉(zhuǎn)10反轉(zhuǎn)01停止0/10/1注：1表示高電平；0表示低電平3.3火焰?zhèn)鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)火焰?zhèn)鞲衅魇菍?shí)現(xiàn)滅火功能的關(guān)鍵，因此火焰?zhèn)鞲衅鞯馁|(zhì)量對于實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)功能非常重要。這次使用YL-38型火焰?zhèn)鞲衅?，可以檢測波長在760nm?1100nm范圍內(nèi)的火焰或光源?？蓹z測角度約為60度，靈敏度可以通過數(shù)字電位計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。配有相對固定的螺栓，安裝更加方便。請注意此模塊的使用：在傳感器和火源之間保持一定距離，以防止高溫?fù)p壞傳感器。因此，設(shè)計(jì)是將傳感器調(diào)整到25厘米左右，汽車開始撲滅大火。另外，考慮到手推車的高度，火源的高度約為10-15cm，設(shè)置適當(dāng)?shù)母叨扔欣谶@種設(shè)計(jì)效果達(dá)到最佳水平。本次設(shè)計(jì)的火焰?zhèn)鞲衅麟娐吩韴D如圖3-8所示。圖3-8火焰?zhèn)鞲衅鞯碾娐吩韴D該模塊安裝在手推車的前部（4個）?；鹧?zhèn)鞲衅鲗鹧孀蠲舾?，并且對普通光線也有響應(yīng)。通常用于火焰報(bào)警和其他目的。但是，當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鹘邮盏交鹧婀鈺r，該模塊會將環(huán)境光信號和火焰光信號都轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過以LM393芯片為核心的比較器將這兩個電信號進(jìn)行比較。檢測到火源后，輸出高電平，觸發(fā)MCU中斷，并使MCU調(diào)用滅火程序開始著火。觸發(fā)中斷后，打開手推車前面的火焰?zhèn)鞲衅?，使手推車向檢測到火源的方向旋轉(zhuǎn)，并對每個旋轉(zhuǎn)角度執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換，并記錄和轉(zhuǎn)換每個角度并取平均值，即環(huán)境光當(dāng)它檢測到光線突然增加時，它面對著火源。這種方法可以有效避免陽光和反射物體的干擾，并防止造成汽車誤判，提高了起火的準(zhǔn)確性。3.4避障傳感器模塊設(shè)計(jì)避障功能是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)汽車能夠準(zhǔn)確找到并定位火源并實(shí)現(xiàn)滅火是重要的環(huán)節(jié)。因此，避障模塊的設(shè)計(jì)要求必須正確，合理，規(guī)范。本設(shè)計(jì)使用E18-D50NK紅外避障傳感器。傳感器模塊高度適應(yīng)環(huán)境光。它具有一對紅外發(fā)射和接收管。首先，對發(fā)射器進(jìn)行整流和穩(wěn)定，然后使用調(diào)制器通過調(diào)制后的發(fā)射管發(fā)射紅外線。當(dāng)模塊檢測到前方的障礙物信號時，紅外線將被接收管發(fā)送回并接收。經(jīng)過LM393比較器處理后，將整流器穩(wěn)壓器，解調(diào)器，時鐘邏輯等連接到電源后，電路板上的綠色指示燈將點(diǎn)亮（高電平信號），并且輸出端口將繼續(xù)輸出數(shù)字信號（低電平信號）。該模塊的檢測距離為2-50cm，檢測角度為40°，可以通過模塊上的電位計(jì)來調(diào)整檢測距離。順時針調(diào)整電位器時，檢測距離增加；逆時針調(diào)節(jié)電位器時，檢測距離減小。傳感器執(zhí)行主動紅外反射，因此障礙物的反射率和形狀對檢測距離有較大影響。其中，強(qiáng)反射光和大面積（如黑色）的檢測距離長；弱反射光和小面積（如白色）的檢測距離短。使用時，請注意避免在接線過程中電源和地線的錯誤連接。此操作可能會永久損壞傳感器。在電路設(shè)計(jì)中，您可以在輸出端子的黃線上添加一個10K至5V的上拉電阻，然后將其連接到單片機(jī)檢測。檢測是相對穩(wěn)定的?？梢酝ㄟ^使用外部硬件中斷INTO，INTI等來實(shí)現(xiàn)單芯片檢測。E18-D50NK紅外避障傳感器的實(shí)物圖和接受與發(fā)射的原理圖分別如圖3-9和圖3-10所示。圖3-9E18-D50NK紅外避障傳感器實(shí)物圖圖3-10接受與發(fā)射的原理圖3.5尋線模塊的設(shè)計(jì)尋線模塊用于檢測邊界，此設(shè)計(jì)在某個區(qū)域（用黑線圍住）中。手推車的行駛不能超過該區(qū)域。這是使用尋線模塊。此設(shè)計(jì)使用3向跟蹤模塊（也稱為3向跟蹤模塊）來檢測黑線的邊緣。它使用紅外光進(jìn)行檢測，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。它使用具有可調(diào)靈敏度和穩(wěn)定性能的TCRT5000傳感器。工作電壓5V，做工精致，帶有紅色指示燈，固定螺栓，易于安裝。當(dāng)遇到白線（或較淺的顏色）時，它輸出低電平，而當(dāng)遇到黑線時，它輸出高電平。與1向和2向跟蹤模塊相比，3向跟蹤模塊可以提高手推車的行駛速度和檢測精度。本次設(shè)計(jì)使用的3路尋線模塊的原理圖如圖3-11所示:圖3-11循跡電路TCRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器的紅外反射光電開關(guān)。該傳感器由高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號采用施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。TCRT5000傳感器向白線發(fā)射光，該光將被反射到TCRT5000傳感器的接收端，它將被打開并輸出低電平。當(dāng)TCRT5000傳感器向黑線發(fā)射光時，該光將被吸收，并且TCRT5000傳感器將接收該光。如果終端未接收到任何信號，它將不會導(dǎo)通并輸出高電平。當(dāng)檢測到白線時，LM339比較器的5端口（正輸入）輸出0V電壓，而4端口（反相輸入）輸出3V電壓。當(dāng)LM339比較器的正向輸入端子上的電壓低于反向輸入端子上的電壓時，它輸出低電平，并且LED熄滅，表示接收到反射光。當(dāng)檢測到黑線時，LM339比較器的5端口輸出5V電壓，而4端口輸出3V電壓。此時，LM339比較器的正向輸入電壓高于反向輸入電壓，輸出為低電平，并且LED點(diǎn)亮，指示未接收到反射光。這種設(shè)計(jì)是在接收到反射光時輸出高電平，即檢測到白線繼續(xù)驅(qū)動，而在未接收到反射光時輸出低，即檢測到黑線停止前進(jìn)。3.6串行口模塊的設(shè)計(jì)串口是實(shí)現(xiàn)STC89C52與上位機(jī)之間進(jìn)行接受和發(fā)送數(shù)據(jù)的通信，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)與上位機(jī)進(jìn)行通信處理?，F(xiàn)在最常使用的是COMI口，也就是常說的RS-232接口，該接口是9針D形連接器。這9針引腳分為兩類:一類是基本數(shù)據(jù)引腳(TXD、RXD、GND)，另一類是握手信號3(RTS、CTS、DCD、DSR、DTR)。也有部分老式PC機(jī)使用的是COM2口，這種25針連接器已經(jīng)被逐步淘汰。串行口不同于并行口之處在于它的數(shù)據(jù)和控制信息是一-位接一位地傳送出

去的。雖然這樣速度會慢一些，但傳送距離較并行口更長，因此若要進(jìn)行較長距離的通信時，應(yīng)使用串行口。串行口的傳送方式有單工、半雙工、全雙工三種工作方式，有四種工作方式。這里采用的是MAX232芯片來完成接口電平的轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232電平雙向轉(zhuǎn)換。MAX232內(nèi)有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，僅需外接+5V電源。具體的RS-232電路接線圖如圖3-12所示：圖3-12RS-232電路連接原理圖由圖可以看出，通過一個高電平

VCC將16管腳拉高，使該芯片直處于工作狀態(tài)，如果系統(tǒng)需要處于低功耗狀態(tài)，也可以通過單片機(jī)來控制該管腳。工作時將該管腳設(shè)置為低電平，需要處于低功耗時將該管腳設(shè)置為高電平這樣很容易實(shí)現(xiàn)控制。在管腳C1+、C1-、C2+、C2-、V+和V-分別放置0.1uf電容實(shí)現(xiàn)充電作用，滿足相應(yīng)的充電電泵的要求，管腳TIOUT、TIN、

R1OUT和RIN分別是232轉(zhuǎn)換的輸入輸出腳，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的TTl電平與上位機(jī)的接口電平的轉(zhuǎn)換?？紤]到減小電源的干擾，還需要在芯片的電源輸入管腳加一個104pf的電容來實(shí)現(xiàn)濾波，以減小輸入端收到的干擾。但應(yīng)注意無論時單片機(jī)之間還是單片機(jī)和PC之間，串行通信雙方的波特率必須西昂同。3.7小車的整體硬件設(shè)計(jì)經(jīng)過以上幾部分的硬件設(shè)計(jì)，最終得出了小車的總體硬件設(shè)計(jì)結(jié)果，其主要有3路邊沿尋線模塊，火焰?zhèn)鞲衅骷皽缁鹉K，避障模塊等。小車設(shè)計(jì)出來從車體上來看比較美觀，小車的各方面性能也比較好，此次小車硬件設(shè)計(jì)比較接近理想設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖3-13為本次設(shè)計(jì)的智能小車的整體外觀圖。圖3-13小車整體外觀設(shè)計(jì)圖各模塊程序設(shè)計(jì)4.1尋線子模塊程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)小車可以在指定區(qū)域內(nèi)行駛，本設(shè)計(jì)以黑膠帶為界，并在小車的兩個前輪分別安裝了兩個電機(jī)。當(dāng)智能汽車需要轉(zhuǎn)彎時，電機(jī)驅(qū)動兩個輪子使汽車轉(zhuǎn)彎；當(dāng)汽車在指定區(qū)域內(nèi)行駛時，它將保持直線行駛并觸摸邊界線（用黑線圍起來）以調(diào)整方向。圖4-1為邊界尋線程序流程圖。開始開始朝有火源方向轉(zhuǎn)直行右轉(zhuǎn)是否觸及邊線朝有火源方向轉(zhuǎn)直行右轉(zhuǎn)是否觸及邊線直行直行右側(cè)碰線左側(cè)碰線右側(cè)碰線左側(cè)碰線正側(cè)碰線正側(cè)碰線左轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)圖4-2邊界尋線程序流程圖尋線模塊采用三向?qū)ぞ€模塊，可以高精度地提高手推車的行駛速度。當(dāng)汽車的左側(cè)觸及黑線時，最左側(cè)的傳感器將無法接收來自其的信號，并且電平會改變。汽車的CPU中央處理器檢測到此變化后，立即確定左側(cè)觸碰黑線，并調(diào)用相應(yīng)程序使汽車后退，然后向右調(diào)整方向以確保汽車正常運(yùn)行。當(dāng)手推車的右側(cè)觸及黑線時，它將與該線的左側(cè)相反地進(jìn)行調(diào)整，以防止手推車離開指定區(qū)域。當(dāng)CPU檢測到由三個傳感器引起的液位變化相同時，證明汽車從前部垂直接觸邊界線。此時，轎廂先向后移動，然后可以向左或向右調(diào)整方向，以確保轎廂可以位于指定位置。在該地區(qū)正常行駛。躲避障礙物子程序這次使用的E18-D50NK紅外避障傳感器由接收器和發(fā)射器組成。在汽車行駛過程中，發(fā)射器連續(xù)發(fā)射光束，并在其檢測范圍內(nèi)掃描汽車的前部。當(dāng)您靠近反射光束時，這意味著汽車前方存在障礙物。此時，手推車上的CPU將調(diào)用相應(yīng)的逃避程序，以使手推車向右或向左調(diào)整。當(dāng)沒有檢測到障礙物時，CPU調(diào)用控制E18-D50NK紅外避障傳感器的程序，繼續(xù)尋找障礙物。躲避障礙物的程序流程圖如圖4-3所示。圖4-5小車避障程序流程圖程序設(shè)計(jì)的這一部分主要是為了了解手推車在行駛過程中不會碰到障礙物。在程序設(shè)計(jì)中，將主要考慮如何控制電機(jī)以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和前進(jìn)和后退動作。在執(zhí)行此操作時，我們還將注意行程距離的優(yōu)化。例如，如果在障礙物的左側(cè)檢測到火源，則汽車將轉(zhuǎn)向左側(cè)，而不是從右側(cè)四處尋找火源。小車滅火子程序滅火功能是該設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到火源時，火焰?zhèn)鞲衅髂K會將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將其發(fā)送到CPU。CPU調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動程序，首先使用電動機(jī)將汽車驅(qū)動到火源，然后調(diào)用滅火程序來驅(qū)動滅火風(fēng)扇滅火。如果指定區(qū)域有多個火源，則可以根據(jù)火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到火源的順序進(jìn)行滅火處理，一般采用接近原理。您離火源越近，檢測到的紅外線越弱，CPU接收到的數(shù)字信號值越大。相反，離火源越遠(yuǎn)，檢測到的紅外線越強(qiáng)，CPU接收到的數(shù)字信號值越小。通過根據(jù)檢測到的火源的距離確定滅火順序，總是可以完成滅火任務(wù)。小車滅火的程序流程圖如圖4-6所示。開始開始否判斷出距離較近尋找下一個火源執(zhí)行滅火尋找火源位置是否多個火源否判斷出距離較近尋找下一個火源執(zhí)行滅火尋找火源位置是否多個火源圖4-6小車滅火程序流程圖在此次設(shè)計(jì)中，這部分程序主要是是執(zhí)行滅火，在滅火過程中要注意實(shí)現(xiàn)滅火的順序(通過距離判斷優(yōu)先級)，逐個進(jìn)行滅火。在滅火的過程中為了實(shí)現(xiàn)有效、準(zhǔn)確的滅火，CPU會調(diào)用相應(yīng)的程序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制風(fēng)速，進(jìn)行滅火。在整個設(shè)計(jì)中滅火是作為中心來研究，因此，滅火子程序也是所有程序的核心。5、系統(tǒng)的調(diào)試與分析5.1小車的制作過程在此過程中，使用了各種設(shè)備和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，此外，還遇到了許多以前從未遇到過的問題。（1）準(zhǔn)備工作。經(jīng)過幾天的準(zhǔn)備，我準(zhǔn)備了所有必需的設(shè)備。這些設(shè)備中的一些是我自己購買的，有些是從實(shí)驗(yàn)室老師那里借來的，有些是由同學(xué)提供的。（2）初步焊接。這次使用的火焰?zhèn)鞲衅餍枰M合，因此需要焊接-將它們組合在一起的電路。需要的設(shè)備是從實(shí)驗(yàn)老師那里借來的，并且還獲得了實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)。（3）設(shè)備組合。此設(shè)計(jì)使用火焰?zhèn)鞲衅?，避障傳感器，三向邊緣尋線傳感器和電動機(jī)。首先，建立輪子，主板，電動機(jī)等的基本框架。然后，安裝實(shí)現(xiàn)手推車功能的傳感器，從而形成了手推車的總體結(jié)構(gòu)。最后，使用杜邦電纜將每個模塊與單片機(jī)連接，以完成汽車的所有硬件組裝。（4）程序編寫。程序是汽車可以實(shí)現(xiàn)各種功能的核心，而程序的編程是最重要的。這次編譯程序，首先，從Internet下載一些具有類似功能的程序，并測試和修改這些程序的單個功能，以獲得符合這次設(shè)計(jì)要求的程序。然后，將滿足要求的這些程序“組合”以獲得此設(shè)計(jì)所需的程序。（5）功能測試。但是，在完成所有硬件和軟件設(shè)計(jì)之后，就開始了汽車的功能測試。手推車的測試使用黑色膠帶圍攻城市的邊界線，手推車需要執(zhí)行尋線，避障和滅火等功能。5.2智能小車的調(diào)試5.2.1調(diào)試中問題的解決該設(shè)計(jì)遇到了很多書籍和常規(guī)實(shí)驗(yàn)中未遇到的問題。這里只是列出的主要和代表性問題：（1）將程序下載到MCUSTC89C52時，無法下載，并且總是會發(fā)生故障。對于此類問題，我們必須首先分析問題發(fā)生時的提示，然后根據(jù)提示進(jìn)一步研究問題。提示已占用下載通道，并且通過了與STC89C52連接的每個模塊的測試。最后，找出問題的原因。由于下載通道和三向邊緣傳感器在工作時都占用相同的通道，因此下載時無法執(zhí)行下載。該設(shè)計(jì)遇到了很多書籍和常規(guī)實(shí)驗(yàn)中未遇到的問題。這里只是列出的主要和代表性問題：（2）當(dāng)汽車避開障礙物時，有時無法感覺到中間的障礙物并與障礙物碰撞。發(fā)生此問題時，首先想到的是，避障傳感器的檢測距離太短，汽車沒有時間做出反應(yīng)。因此，傳感器的檢測距離進(jìn)一步增加，但是發(fā)現(xiàn)汽車仍然不能避開中間的障礙物，但是當(dāng)傳感器被放置在中間和下方時發(fā)現(xiàn)汽車的避障效果是不同的。以下。在兩邊。因此，我們知道了問題的原因：盲點(diǎn)出現(xiàn)在汽車的前部。同時，獲得了解決方案：在中間添加了一個避障傳感器。（3）手推車滅火時，風(fēng)扇不動；手推車滅火時，風(fēng)扇有時會旋轉(zhuǎn)。我對這個問題不知所措，但是在咨詢了老師并問了老師之后，我得到了一些可能的原因，例如：編程錯誤，電機(jī)和其他組件出現(xiàn)問題，自然光的干擾，火光不足等。經(jīng)過論證，消除了導(dǎo)致編程錯誤以及電機(jī)和其他組件出現(xiàn)問題的兩種原因。由于自然光的干擾，我在火焰?zhèn)鞲衅髦刑砑恿撕谏芰瞎?，從而大大減少了自然光的干擾。但是同時，減少了火光的進(jìn)入，并且新增加了火焰?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)量以解決該問題。（4）小車行駛時，小車將“越界”。汽車的“跨界”是由傳感器的顏色無法區(qū)分引起的，因?yàn)檫@一次黑帶是邊界線。當(dāng)?shù)匕宓念伾^重或接近黑色時，傳感器將更難以區(qū)分，因此會出現(xiàn)“跨界”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。盡管這比以前的問題更為常規(guī)，但這主要是由于程序的復(fù)雜性和傳感器靈敏度的調(diào)整。解決此問題需要強(qiáng)大的識別和編譯程序的能力。在對該程序的這一部分進(jìn)行反復(fù)修訂之后，最終的解決方案是傳感器編程方面的突破。在傳感器靈敏度的調(diào)節(jié)中，已經(jīng)做了很多努力，并且一次又一次地進(jìn)行了調(diào)節(jié)和測試。終于解決了這個問題。5.2.2調(diào)試結(jié)果該測試在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。田野被黑色膠帶包圍。該區(qū)域有隨機(jī)分布的障礙物，蠟燭模擬了火源。首先，請仔細(xì)檢查組件。主板通電前檢查：安裝好各模塊后，可以檢查電路各部分的30線連接是否正常，檢查電源，地線，信號線之間是否存在短路，和組件引腳，以及組件之間是否存在連接錯誤現(xiàn)象。通電檢查：電機(jī)接通電源，觀察電機(jī)工作是否正常。電機(jī)正常工作時，后驅(qū)的工作電流為320mA,電壓為5.4V；前驅(qū)的電機(jī)工作電流為180mA,電壓為5.41v。主控板接通電源，觀察各部分器件的電路有無異常現(xiàn)象。準(zhǔn)備就緒后，汽車可以從任何角落出發(fā)。首先，汽車將通過三向邊緣檢測模塊，以避開黑色膠帶所包圍的邊界：然后，當(dāng)汽車遇到障礙物時，汽車上的紅外避障傳感器會將檢測到的信息發(fā)送到CPU，然后CPU會調(diào)用相應(yīng)的避障程序來避開障礙物：當(dāng)手推車上的火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到火源時，CPU會接收火焰?zhèn)鞲衅髂K發(fā)送的信號，并判斷火李子的距離以獲取最近的距離火源，然后調(diào)用相應(yīng)的程序來驅(qū)動電機(jī)和滅火風(fēng)扇，使滅火優(yōu)先?；鹪聪绾?，尋找下一個火源，直到所有火源都熄滅。5.2.3調(diào)試的分析與改進(jìn)針對以上出現(xiàn)的問題，在這里做一下簡單的分析。對于這些問題的出現(xiàn)，首先是對這個題目的了解不夠深刻，其次是準(zhǔn)備工作做的不到位，設(shè)計(jì)時太過于依靠原有的研究結(jié)果。對于這些原因，作出了以下改進(jìn)和優(yōu)化：（1）對待一個新的、未做過的是課題或設(shè)計(jì)時，首先要認(rèn)真分析該題目的所有要求，理解題目所隱含的條件，然后對該題目進(jìn)行深度解析，了解其中能夠聯(lián)系到自己所學(xué)的知識以及曾經(jīng)研究所得到的可以利用的結(jié)果。（2）在設(shè)計(jì)時，各單元是組成整體的基本單位，因此要對各部分的功能非常了解，這樣在設(shè)計(jì)的時候不會感到彷徨。小車的設(shè)計(jì)要更加突出其智能的特點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)將會在傳感器的使用上進(jìn)一步提升，以體現(xiàn)出消防智能小車