灭火智能车

【摘 要】: 本灭火智能小车主要是以单片机作为主控芯片，控制两个步进电机的正反转，实现了小车的不同方向运动。利用红外对管做成的红外传感器来检测路面信息，完成了小车的巡线功能。并且采用红外接收管实现对火源的寻找，将信息反馈给单片机，控制风扇电机驱动风扇，进而达到灭火的功能，金属传感器检测钱币；采用LCD12864液晶显示屏来显示时间与路程、钱币数目、光源、十字路口等信息。 【 关键词】 ： 巡线 寻光 灭火 显示 【Abstract】：Originally extinguish fire the intelligence small car in some contentses that continued the preliminary contest topic intelligence motor car of the parts of function piece, mainly still use single slice of machine as the lord controls chip and control two steps and enter electrical engineering of positive and negative turn, carried out different direction sport of small car. Make use of a red outside to examine a road noodles information to the red unauthorized biography machine that the tube makes into, completed the cruising of small car line function. And adopt red the realization circumscribing to accept a tube give the single slice of machine the information feedback for looking for fire source, the control fan electrical engineering drives fan and then attain to extinguish fire of function; Adopt LCD12864 the LCDs show to hold to show information, such as time and road. 【Keyword】：Search online Search light Extinguish fire Show information 目 录 TOC \o "1-3" \h \z \u 1.总体概括 1 2.的论证与比较 1 2.1 主控芯片的选择 1 2.2 智能巡线设备的选择 1 2.3 显示设备的选择 2 2.4 声光信号设备的选择 2 2.5风扇电机的选择 2 3 3 3.1单元电路设计 3 3.1.1寻线电路的设计 3 3.1.2寻光电路的设计 3 3.1.3灭火电路的设计 4 3.1.4电机驱动电路设计 4 3.1.5金属探测电路的设计 4 4.软件设计 5 4.1主程序流程图 5 5.调试结果 5 1.调试内容 5 2.调试结果 5 6总结与体会 6 7.参考文献： 6 1.总体概括 灭火智能车，课要求在20°的斜面跑道上，实现巡线，寻光灭火，金属钱币的检测和显示时间及路程等功能，具体的系统方框图如下所示： 接收信号 接近式开关 图1 系统框图 通过LCD12864的液晶显示中，我们可以观测一下内容：火源的数目、金属钱币的数目、十字路口的数目、总时间和总路程。 2.方案的论证与比较 2.1 主控芯片的选择 方案一：采用单个单片机作为主控芯片。由于AT89S52具有32个I/O口，能满足小车各部分对I/O口的需求，另外只用一个单片机可以很好的控制小车。 方案二：采用双单片机作为主控芯片。利用两块AT89S52分别对小车的各部分进行监测和控制，虽然减轻了单个单片机的负担，提高了系统的工作效率，但是存在很多的I/O的资源浪费，并且两个单片机不容易控制，所以不采用该方案。使用方案一 2.2 智能巡线设备的选择   方案一：采用普通发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案。该方案在实际使用时，容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到。主要是因为可见光的反射效果跟地的平坦程度、地表材料的反射情况都有直接关系。虽然可采取超高亮度发光二极管降低一定的干扰，但这又增加额外的功率损耗。 方案二：采用反射式红外对管，虽然易受环境的影响，识别的可靠程度不高，但是由于其结构简单，体积小巧，易于安装，完全能用多个该传感器构成高精度的控制辐射网络提高识别的可靠性、准确性，考虑到实际应用环境，因此我们采用方案二。 2.3 显示设备的选择 方案一：采用传统数码管作为显示设备。传统数码管具有低能耗、低损耗、低压、长寿命、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温的特点；对外界环境要求低，易于维护；同时其精度比较高，精确可靠，操作简单，程序编写容易，资源占用少。本设计要求显示的内容较多，如果利用传统数码管来显示，则需要好几块数码管，这样占用单片机很多的I/O口，并且不够美观，也不易区分各块数码管显示的是什么内容。所以，该方案不被采用。 方案二：采用液晶显示屏（LCD）显示时间和路程。液晶显示器具有功耗低、无辐射危险、平面直角显示以及影像稳定等，可视面积大，画面效果好，也可以显示汉字，分辨率高，抗干扰能力强，显示内容多等特点。因此，只要用一块液晶显示器就可以显示设计要求的全部内容。此外，液晶显示器与单片机连接电路较简单，且占用的I/O口较少。基于以上分析，我们采用该方案，用LCD12864进行显示。 2.4 声光信号设备的选择 本设计的发挥部分是小车在巡线的同时，检测到黑线下方的钱币，并发出声光指示信息，在发声方面，我们使用蜂鸣器代替扬声器，因为扬声器功耗比较大，体积也较大，而本设计对声音信号要求不高，所以我们使用功耗与体积都较小的蜂鸣器。而在发光方面，我们选择普通的发光二极管。 2.5风扇电机的选择 普通的玩具小风扇的电机，其转速在三百转左右，而12V的马达式直流电机，其转速最高可以达到2400转，设计中对时间及效率要求较高，所以我们采用转速较快的马达式电机，以节约时间。 3 电路设计 3.1单元电路设计 3.1.1寻线电路的设计 该设计采用红外对管构成的红外传感器，具体电路如图所示： 图3 红外对管电路 我们在小车的前端底部安装三对相同的红外对管，用来检测地面信号，每个红外对管都有一个发射管和一个接收管，发射管发射红外线到地面，如果遇到黑线则光信号会被吸收，否则会被反射回来。检测到黑线接收管不导通，输出高电平，否则输出低电平。单片机根据接收到的高低电平来决定小车如何行驶。 3.1.2寻光电路的设计 该单元的电路主要是实现寻找火源，为了达到准确的寻找火源并灭火，所以我们将红外接收管放在风扇电机的前方约2cm左右，当小车在行进中，我们考虑到火源的位置任意性，进而在小车的左右两侧都放置一个接收管 接收管未接收到火源发出的红外光时，接收管不导通，正向输入的电压大于基准电压，通过电压比较器进行比较输出高电平，接收管接收到火源发出的红外光后，接收管导通，正向输入的电压将会小于基准电压，通过电压比较器进行比较输出低电平。单片机可直接对接收到的信号进行判断是否检测到火源，并通过对检测到的信号进行处理来决定小车的运动方向。 3.1.3灭火电路的设计 该单元的灭火模块主要是靠单片机的控制，当寻光的二极管检测到火源，单片机供给高电平信号，电机转动，扇灭蜡烛。但是存在这样的一个问题：单片机的输出电压是5V，而本次的设计采用的是12V的直流电机，所以我们在单片机和直流电机之间加上一个继电器电路，以便控制灭火电机的转动。（电路见附件） 3.1.4电机驱动电路设计 本设计使用的步进电机是四项六线式，用L297和L298N驱动芯片驱动，其中单片机AT89S52通过I/O口向L297的17和18脚发送驱动控制信号，从而控制步进电机的速度及正反转。 3.1.5金属探测电路的设计 此部分电路的功能是检测轨道上的铝钱币，在此我们使用的金属传感器是电感接近式开关。（原理图见附件）该传感器由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。当小车遇到铝钱币时，控制开关将会发生变化，输出电压为零伏，否则输出的是1.12V。由于两者都属于低电平，在此我们再次使用电压比较器，使两种不同情况下，分别输出高低电平，并将其传给单片机。单片机根据接收到的信号判断是否有铝钱币。 4.软件设计 4.1主程序流程图 N Y N N N Y N Y 5.调试结果 1.调试内容 1）小车巡线脉冲数值、区段运行时间 2）总体功能、显示测试 2.调试结果 1）脉冲数值、时间： 区段 脉冲数 Ⅰ区 Ⅱ区 原因 Ⅰ区：3000 Ⅱ区：4000 43秒64 27秒47 当轨道弯度过大时，小车摆幅过高，出现原地转圈 Ⅰ区：4000 Ⅱ区：5000 18秒49 32秒29 Ⅰ区Ⅱ区小车行驶正常，车身抖动较小，适合在多弯跑道行驶 数据分析： Ⅰ区第一次与第二次相差时间较大，是因为原地转圈导致时间的累加。 2）显示调试： 项目 次数 脉冲 火 源 （个） 十字 路口 金币 数目 总时间 （分钟） 总路程(cm) 第一次 Ⅰ区4000 Ⅱ区5000 0 3 1′09 398cm 第二次 Ⅰ区4000 Ⅱ区5000 0 3 1′09 401cm 第三次 Ⅰ区4000 Ⅱ区5000 2 3 1′24 423cm 第四次 Ⅰ区4000 Ⅱ区5000 2 3 1′37 462cm 第五次 Ⅰ区4000 Ⅱ区5000 8 3 1′48 425cm 第六次 Ⅰ区4000 Ⅱ区5000 4 3 2 1′29 419cm 第七次 Ⅰ区4000 Ⅱ区5000 4 3 2 1′26 418cm 第八次 Ⅰ区4000 Ⅱ区5000 4 3 2 1′26 414cm 数据分析：测试中，巡线基本符合题目要求： 第一、二词数据测试表明，在没有摆放光源（蜡烛）时，时间和路程的误差较小，LCD12864显示准确。 第三、四次数据差异：蜡烛过短，导致在吹灭第一个火源时，浪费了一些时间 第五、六次数据差异：摆放四个蜡烛，因为点滴的抖动，使其在检测每一个光源时，延时过长，多累加一次。 第六、七、八次数据测试，光源数目、金属钱币、十字路口、时间、路程几乎很接近，说明小车的性能趋于稳定。 7.参考文献： 【1】《51单片机 C语言应用程序设计实例精讲》 戴佳 戴卫恒 编 电子工业出版社 【2】《常用电子元器件设别/检测/选用一读通》赵广林 编 电子工业出版社 【3】《全国大学生电子设计竞赛制作实训》 黄智伟 编 北京航空航天大学出版社 【4】《全国大学生电子设计竞赛系统设计》 黄智伟 编 北京航空航天大学出版社 【5】《电子技术基础 模拟部分（第五版）》康华光 编 高等教育出版社 【6】《C语言程序设计》 谭浩强 编 清华大学出版社 附件： 1：单元电路设计原理图： 1）灭火电路设计---继电器电路 2）金属检测电路---接近式开关原理图 3）电机驱动电路---步进电机驱动电路 2.程序清单：