畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）消防智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)

1、吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書消防智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)design of automatic fire control electric car作 者： 程控實(shí)驗(yàn)室 院 系： 電信學(xué)院 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 吉 林 化 工 學(xué) 院jilin institute of chemical technology摘 要本智能車是以自制車架，c8051f410單片機(jī)為控制核心，加以步進(jìn)電機(jī)、光電傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱碗娫措娐芬约捌渌娐窐?gòu)成。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的智能控制，包括路面尋線、火源檢測(cè)、智能避障、路程測(cè)量、智能滅火、數(shù)碼管顯示、語(yǔ)音報(bào)警等功能，尋線方式采用反射式光電傳感器感知與地面顏色有較大差別的引導(dǎo)線。

2、系統(tǒng)由c8051f410通過(guò)io口控制小車的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。尋跡由rpr220型光電對(duì)管完成，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行火焰掃描。同時(shí)本系統(tǒng)用zy25120進(jìn)行語(yǔ)音的播報(bào)，以提示當(dāng)前狀態(tài)。本系統(tǒng)同時(shí)通過(guò)df無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，將該車當(dāng)前的狀態(tài)遠(yuǎn)程傳送給顯示臺(tái)。顯示臺(tái)由lcm128645zk液晶屏和2個(gè)按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示和啟動(dòng)控制。關(guān)鍵詞 ：?jiǎn)纹瑱C(jī) 步進(jìn)電機(jī) 傳感器 abstractbased on c8051f410 mcu ,the model car can race intelligently by detecting white lines on the blackgrou

3、nd. including the road surface hunting, the fire hazard examination, the intelligence evadebond, the distance survey, the intelligent fire fighting, the nixietube demonstrated, the alarm the fire and so on the functions.the hunting way uses the reflection type electro-optical sensor sensation and th

4、e ground color has the wide difference inlet line.the obstacle judgment uses the integrated infrared sensor.the fire hazard survey use infrared sensor adds the comparator. the electrical machinerycontrol core uses insults the zy25120 monolithic integrated circuit, the control system andcircuit isola

5、tes completely with the photoelectricity coupler avoids disturbing. far infrared flame sensor tracks the flame. in addition, the scm system with sunplus for voice broadcast can remind current status. the system transmits information through df module. the cars status will be transmitted to the remot

6、e console. lcm128645zk lcd display and 2 keys for start control.key words: c8051f410 motor sensor目 錄摘 要iabstractii第1章 緒 論11.1選題的目的及意義11.2本課題所涉及的內(nèi)容國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述11.3 本文的研究?jī)?nèi)容2第2章 系統(tǒng)方案選擇32.1方案論證與實(shí)現(xiàn)方法32.1.1控制器選擇32.1.2電動(dòng)車車體的選擇32.1.3電動(dòng)車的動(dòng)力方案選擇42.1.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案選擇42.1.5交點(diǎn)及行進(jìn)黑線的檢測(cè)方案選擇42.1.6火源檢測(cè)的選擇方案52.1.7電源模塊52.1.8

7、液晶顯示模塊62.1.9 避障模塊62.1.10車載語(yǔ)音模塊和控制臺(tái)語(yǔ)音模塊62.1.11無(wú)線收發(fā)模塊72.2最終方案72.3測(cè)速計(jì)程計(jì)算72.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)框圖8第3章 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)93.1 c8051f410單片機(jī)系統(tǒng)概述極其引腳功能介紹93.2.1c8051f410單片機(jī)系統(tǒng)概述93.2.2單片機(jī)引腳功能93.3光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì)113.4火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)試電路的設(shè)計(jì)123.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)133.6滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路143.7語(yǔ)音識(shí)別電路的設(shè)計(jì)153.7.1語(yǔ)音芯片isd25120153.7.2 zy25120語(yǔ)音錄放模塊介紹153.7.3 zy25120的應(yīng)用方法163

8、.7.4 lm386功率放大器模塊183.8無(wú)線收發(fā)及顯示模塊的實(shí)現(xiàn)193.8.1無(wú)線收發(fā)模塊193.8.2 顯示模塊設(shè)計(jì)20第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)224.1編譯語(yǔ)言及編譯環(huán)境的選擇224.1.1 匯編語(yǔ)言概述224.1.2 c語(yǔ)言概述224.1.3 編譯語(yǔ)言及編譯環(huán)境綜述224.2程序流程圖23第5章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析245.1. 系統(tǒng)資源使用情況245.2. 小車優(yōu)缺點(diǎn)分析245.2.1優(yōu)點(diǎn)245.2.2缺點(diǎn)245.3 測(cè)試方法即測(cè)試結(jié)果分析245.3.1測(cè)試方法245.3.2測(cè)試儀器及設(shè)備245.3.3 測(cè)試結(jié)果分析24結(jié)論26參考文獻(xiàn)27附錄28致謝29第1章 緒 論1.1選題的目的

9、及意義自從1518年世界上首輛消防車問(wèn)世以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，消防車的發(fā)展迅速，但直到1916年我國(guó)才出現(xiàn)由汽車改裝而成的消防車。從最初的馬車?yán)疁缁鸬浆F(xiàn)在的人工操控消防車自動(dòng)滅火，消防車的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的歷史，但是，無(wú)論是馬車?yán)疁缁疬€是人工操控滅火，都無(wú)法完全脫離人工操作。在當(dāng)代，人工智能已形成極廣泛的研究領(lǐng)域，并且取得了許多令人矚目的成就。人工智能也稱機(jī)器智能，是一門研究人類智能機(jī)理和如何用計(jì)算機(jī)模擬人類智能活動(dòng)的學(xué)科。智能機(jī)器人技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，集成了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表高技術(shù)的發(fā)展前沿。智能機(jī)器的

10、研究，大大促進(jìn)了人工智能思想和技術(shù)的進(jìn)步，漸漸成為一個(gè)備受關(guān)注的分支領(lǐng)域。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，本文考慮到成本、性能和可擴(kuò)展性等多方面因素，研究并設(shè)計(jì)出基于c8051f410單片機(jī)的智能消防電動(dòng)車。重要的是，以本研究為基礎(chǔ)，可以根據(jù)不同場(chǎng)地進(jìn)行不同的拓展或者改進(jìn)使之更為實(shí)用。我們相信終有一天在危險(xiǎn)的火場(chǎng)，消防員可以不用身陷火中就能滅火。1.2本課題所涉及的內(nèi)容國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器中感溫探測(cè)器，感煙探測(cè)器，感火焰探測(cè)器其原理是基于火災(zāi)中溫度變化或者利用火災(zāi)煙霧、火焰的電學(xué)、光學(xué)等物理特性來(lái)進(jìn)行火災(zāi)識(shí)別。這種識(shí)別模式很難可靠地發(fā)現(xiàn)早期火災(zāi)，如感煙探測(cè)器不能探測(cè)到酒精火焰，感溫探測(cè)器不易探

11、測(cè)到陰燃火源。在現(xiàn)代高大空間建筑中，當(dāng)存在遮擋和環(huán)境干擾的時(shí)候，常規(guī)的感煙、感溫探測(cè)器由于火災(zāi)燃燒產(chǎn)物在空間傳播受空間高度和面積的影響，很難對(duì)火災(zāi)發(fā)生快速響應(yīng)。據(jù)美國(guó)80年代中期coper的研究報(bào)告發(fā)現(xiàn)，33的煙霧探測(cè)器不能正常工作，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)95的煙霧探測(cè)器由于噪聲干擾而產(chǎn)生誤報(bào)。因此若干年前就產(chǎn)生了檢刷燃燒過(guò)程中化學(xué)生成物以期改善探劇性能實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)探測(cè)的想法，但是和其它氣體傳感器的應(yīng)用場(chǎng)所不同，火災(zāi)探測(cè)使用的傳感器一般都起著很重要的作用，由于對(duì)特定氣體的可靠探測(cè)技術(shù)比對(duì)溫升和煙塵的檢測(cè)技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，因此火災(zāi)氣體探測(cè)技術(shù)一直處于可望而不可及的境地。這就需要智能的自動(dòng)裝置進(jìn)入人無(wú)法

12、到達(dá)的地區(qū)進(jìn)行火源探測(cè)。有關(guān)火源檢測(cè)的智能產(chǎn)品已日趨成熟，很多成品自動(dòng)化消防產(chǎn)品已經(jīng)投入實(shí)用，在大學(xué)生中也有很多研究及成功范例，如廣東省江門市五邑大學(xué)信息工程學(xué)院通信工程專業(yè)的3名學(xué)生，發(fā)明了一輛可自動(dòng)感應(yīng)火源并成功滅火的消防小坦克。這輛消防小坦克主要由一個(gè)感應(yīng)火焰的紅外線傳感器和一塊控制坦克走向和指示噴水滅火的單片機(jī)組成，可自動(dòng)感應(yīng)火源并成功滅火。由于火焰發(fā)出的紅外線有一個(gè)波長(zhǎng)范圍，經(jīng)過(guò)計(jì)算，他們制定了一個(gè)對(duì)這一范圍波長(zhǎng)比較敏感的紅外線火焰?zhèn)鞲衅?，傳感器?duì)周圍火焰作出反應(yīng)和判斷后，將方位、數(shù)據(jù)傳遞到整個(gè)坦克的中樞神經(jīng)單片機(jī)，單片機(jī)控制坦克來(lái)到火源旁，并把信號(hào)傳給前上方的水泵，就出現(xiàn)了準(zhǔn)確噴水

13、滅火的奇跡。在另外由美國(guó)三一學(xué)院于1994年創(chuàng)辦的智能機(jī)器人滅火比賽中，有人設(shè)計(jì)了基于arm9嵌入式系統(tǒng)的一種智能滅火機(jī)器人，該機(jī)器人具有以下5個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：(1)采用了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，大大提高了機(jī)器人處理信號(hào)的能力；(2)雙電源供電系統(tǒng)引入，使機(jī)器人的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠；(3)采用pwm信號(hào)控制大功率直流電機(jī)，在速度和精度方面有了很大的改進(jìn)；(4)通過(guò)合理選擇psd測(cè)距傳感器的個(gè)數(shù)和安放位置，既滿足比賽要求，又能節(jié)約成本；(5)本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M，很好地完成了對(duì)火源的精確定位任務(wù)。這些都為電子智能系統(tǒng)在消防方面的實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)。1.3 本文的研究?jī)?nèi)容 設(shè)計(jì)制作一個(gè)消防智能小車模型，能到

14、指定區(qū)域進(jìn)行搶險(xiǎn)滅火工作。以蠟燭模擬火源，隨機(jī)分布在場(chǎng)地中?；疽螅?.智能小車從安全區(qū)域啟動(dòng)，自動(dòng)尋找到火源并顯示。2.除安全區(qū)外場(chǎng)地隨機(jī)出現(xiàn)2個(gè)火源，要求智能小車能夠發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)火焰并將其完全撲滅。3.能夠發(fā)現(xiàn)并撲滅第二個(gè)火焰，撲滅二個(gè)火焰的總時(shí)間不超過(guò)5分鐘。4.能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示撲滅的火源數(shù)，搶險(xiǎn)完畢后智能小車能夠返回到安全區(qū)域。5.能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示路程，能夠用不同聲音對(duì)不同的狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警。為實(shí)現(xiàn)主要條件及技術(shù)指標(biāo)，本文重點(diǎn)研究以下幾個(gè)方面：消防車的動(dòng)力系統(tǒng)：要能使小車準(zhǔn)確的前進(jìn)和轉(zhuǎn)向，以確?；鹪礄z測(cè)系統(tǒng)更精確，且檢測(cè)到火源后準(zhǔn)確地到達(dá)火源位置?；鹪礄z測(cè)系統(tǒng)：如何能排除干擾，快速準(zhǔn)

15、確地檢測(cè)到火源并定位。遠(yuǎn)程顯示及語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)：在小車運(yùn)行過(guò)程中，如何將火源及滅火的情況及時(shí)傳送回指揮部，還有對(duì)小車行進(jìn)距離的掌握以便指揮部可以知道火源所在位置的深度情況。第2章 系統(tǒng)方案選擇2.1方案論證與實(shí)現(xiàn)方法2.1.1控制器選擇方案一：采用凌陽(yáng)公司的16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽(yáng)單片機(jī)應(yīng)用語(yǔ)音處理和辨識(shí)時(shí)，由于其占用的cpu資源較多而使得凌陽(yáng)單片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。方案二：采用sst89c51單片機(jī)作為主控制器而用凌陽(yáng)單片機(jī)作

16、為輔助控制器。sst89c51是一個(gè)低功耗，高性能的51內(nèi)核的cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k空間的可反復(fù)擦些1000次的flash只讀存儲(chǔ)器，具有256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)io口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。且該系列的51單片機(jī)可以不用燒寫器而直接用串口或并口就可以向單片機(jī)中下載程序。方案三：屬c51系列的c8051f410單片機(jī)具有高精度的24.5mhz內(nèi)部震蕩器，i/o口可達(dá)24個(gè)，高速的時(shí)鐘頻率和豐富的i/o，低功耗和2.05.25的大范圍供電電壓為我們實(shí)現(xiàn)各種電路功能提供了非常有利的條件，與8051兼容的內(nèi)核速與同家族的其他單片機(jī)相比，其模擬外設(shè)性能優(yōu)異

17、，除有8路10位adc外，還有4路pwm。從方便使用和綜合性能的角度考慮，選擇了方案三。2.1.2電動(dòng)車車體的選擇方案一：購(gòu)買玩具電動(dòng)車。購(gòu)買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的說(shuō)來(lái)，玩具電動(dòng)車具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn)90度甚至180度的彎角。再次，玩具電動(dòng)車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動(dòng)車一般都價(jià)格不扉。因此放棄了此方案。方案二：自己制作電動(dòng)車。經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮論

18、證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，后方萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)力矩基本完全相同的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，后面裝一個(gè)萬(wàn)向輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎。對(duì)于車架材料的選擇，經(jīng)過(guò)比較選擇了硬塑板。用硬塑板做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。故選擇了方案二。2.1.3電動(dòng)車的動(dòng)力方案選擇本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車，對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本題要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，綜合考慮有一下兩種方案。方案一：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，

19、重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位，也能準(zhǔn)確引導(dǎo)小車駛向火源。根據(jù)分析，本題要求車子必須具備精度高，方向控制好，故本系統(tǒng)采用方案二。2.1.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案選擇方案一：采用專用芯片l298n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。l298n是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，l298n芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50v，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的io口通過(guò)光耦芯片

20、提供信號(hào)；電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。方案二：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。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。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。通過(guò)比較，使用l298n芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且價(jià)格不高，故選用l298n驅(qū)動(dòng)電機(jī)。2.1.5交點(diǎn)及行進(jìn)黑線的檢測(cè)方案選擇方案一：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響

21、很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此要考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案二：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，所以也放棄了這個(gè)方案。方案三：用rpr220型光電對(duì)管。rpr220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。rpr220采用dip4封裝，塑料透鏡可以提高靈敏度

22、，內(nèi)置可見(jiàn)光過(guò)濾器能減小離散光的影響，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。因此本設(shè)計(jì)選擇了方案三。2.1.6火源檢測(cè)的選擇方案火焰檢測(cè)有溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器以及ccd圖像傳感器。綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。方案一：用溫度傳感器如熱電偶，熱電偶在工業(yè)應(yīng)用上十分廣泛。但是熱電偶感應(yīng)的范圍太廣，而且由于火焰只是周圍溫度稍高且范圍較窄。試驗(yàn)驗(yàn)證用熱電偶檢測(cè)火焰精度不高，故放棄了此方案。方案二：用煙霧傳感器。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用與火警檢測(cè)。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的，沒(méi)有太大的煙霧，

23、因此用煙霧傳感器作為此小型電動(dòng)車的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱?，因此放棄了此方案。方案三：用紫外傳感器檢測(cè)火焰。紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獞?yīng)用于火災(zāi)消防系統(tǒng)，尤其是一些易燃易爆場(chǎng)所，用來(lái)監(jiān)測(cè)火焰的產(chǎn)生。紫外線火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度高，相應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)明火特別敏感，能對(duì)火災(zāi)立即作出反應(yīng)。但是紫外傳感器檢測(cè)的范圍太大，不適用于本系統(tǒng)。方案四：用ccd圖像傳感器。用ccd圖像傳感器可以檢測(cè)各種被檢測(cè)量，適用于各種量的檢測(cè)。但是用ccd圖像傳感器需要處理的信號(hào)量太大，且體積較大，不使用與本系統(tǒng)。方案五：用遠(yuǎn)紅外傳感器。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)距離遠(yuǎn)，線性度好，檢測(cè)準(zhǔn)確，且體積較小。很適用于本題目的要求

24、。最終選擇了方案五。2.1.7電源模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。方案一：采用12v蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。方案二：采用3節(jié)4.2v可充電式鋰電池串聯(lián)共12.6v給直流電機(jī)供電，經(jīng)過(guò)7805的電壓變換后為單片機(jī)，傳感器和點(diǎn)擊供電。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為電機(jī)供電時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。因此我們放棄了此方案。方案三：用2節(jié)鋰電池經(jīng)另一套7805電壓變換電路為電機(jī)供電。再用12v蓄電池為系統(tǒng)供電，蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，電機(jī)工作互不

25、影響，且電池的體積較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求。綜上考慮，采用了方案三。2.1.8 液晶顯示模塊方案一：用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管由于顯示速度快，使用簡(jiǎn)單，顯示效果簡(jiǎn)潔明了而得到了廣泛應(yīng)用。但是由于我們計(jì)劃在顯示臺(tái)顯示小車前進(jìn)的路線、路程以及當(dāng)前的滅火狀態(tài)。用數(shù)碼管無(wú)法顯示如此豐富的內(nèi)容，因此我們放棄了此方案。方案二：用lcd液晶進(jìn)行顯示。lcd由于其顯示清晰，顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，使用方便，顯示快速而得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于此系統(tǒng)選用lcm128645zk的lcd能夠很好的滿足顯示要求，因此選擇了此方案。2.1.9 避障模塊方案一：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓

26、電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來(lái)，再被超聲波傳感器接收。然后將這信號(hào)放大后送入單片機(jī)。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。但是超聲波傳感器需要40khz的方波信號(hào)來(lái)工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高，偏差在1內(nèi)，所以用模擬電路來(lái)做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。而用單片機(jī)來(lái)作方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。因此考慮其他的方案。方案二：用紅外光電開關(guān)進(jìn)行避障。光電開關(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)此作出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，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)。光電開關(guān)e3f-

27、ds10c4操作簡(jiǎn)單，使用方便。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒(méi)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出高電平。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。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，最終選擇了方案二。2.1.10車載語(yǔ)音模塊和控制臺(tái)語(yǔ)音模塊方案一：選擇專門的語(yǔ)音存儲(chǔ)模塊zy25120，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行錄放音的控制。用這種方法比較簡(jiǎn)介方便，在操作模式下可以進(jìn)行隨意地址播放，且能存儲(chǔ)總計(jì)120s的語(yǔ)音。方案二：選擇dsp進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，dsp具有很強(qiáng)的信息處理能力，能夠進(jìn)行語(yǔ)音的存儲(chǔ)錄放和語(yǔ)音的辨識(shí)，但是考慮到系統(tǒng)的成本和使用的靈活和方便，放棄了此方案。方案三：使用凌陽(yáng)精簡(jiǎn)板開發(fā)板61b板，該精簡(jiǎn)開發(fā)

28、板體積小，使用方便，具有凌陽(yáng)系列的很強(qiáng)的語(yǔ)音處理功能，且具有語(yǔ)音播報(bào)和辨識(shí)的模塊，但使用起來(lái)繁瑣。 對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)字播報(bào)，不需要質(zhì)量好，價(jià)格昂貴的語(yǔ)音芯片。據(jù)實(shí)際情況選擇能錄放120秒的zy25120語(yǔ)音芯片作為語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)。2.1.11無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸被廣泛應(yīng)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、機(jī)器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像的傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。方案一：用df無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。df無(wú)線發(fā)射模塊通訊方式為調(diào)頻am，工作頻率為315mhz，為ism頻段，發(fā)射頻率500mw。df超再生式接收模塊通訊方式為調(diào)頻am，接收靈敏度高，用示波器觀察輸出波形干凈，抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)中為保證

29、穩(wěn)定，采用芯片pt2262,pt2272m4進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼，由于數(shù)據(jù)傳輸量較小，經(jīng)過(guò)測(cè)試，方案可行。方案二：其他無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，如nrf401、紅外線或藍(lán)牙模塊，由于其價(jià)格較昂貴，不利于調(diào)試，而且系統(tǒng)中不需傳輸大量的數(shù)據(jù)，因此放棄了此方案。df無(wú)線收發(fā)模塊由于其優(yōu)良的特性和低廉的價(jià)格而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及日常商品中，此方案最佳。2.2最終方案經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，最終確定了如下方案：（1）手工制作車體。（2）采用c8051f410單片機(jī)作為主控制器。（3）用2節(jié)鋰電池為直流電機(jī)供電，用12v蓄電池為動(dòng)力和風(fēng)扇系統(tǒng)供電。（4）用rpr220型光電對(duì)管進(jìn)行尋跡。（5）遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?/p>

30、。（6）l298n作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。（7）使用專業(yè)的zy25120語(yǔ)音模塊作為語(yǔ)音播報(bào)。（8）帶串口功能和中文字庫(kù)的lcm128645zk顯示小車當(dāng)前狀態(tài)。（9）df無(wú)線收發(fā)模塊用來(lái)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)。2.3測(cè)速計(jì)程計(jì)算此設(shè)計(jì)采用4相步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)每循環(huán)一周轉(zhuǎn)動(dòng)7.2，由圓的周長(zhǎng)2r，即為圓心角是360所對(duì)的弧長(zhǎng)，則n角所對(duì)弧長(zhǎng)l有l(wèi)/n=2r/360（2-1）則l=nr/180（2-2）此車輪半徑為3.8cm，每步進(jìn)l=7.2x3.14x3.8/180=0.43cm，則總路程為s=nx0.43（2-3）2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)框圖c8051f410增強(qiáng)型單片機(jī)片內(nèi)資源豐富使得設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)化、可靠性

31、大大提高，因此設(shè)計(jì)中使用c8051f410增強(qiáng)型單片機(jī)作為整機(jī)的核心部件，根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)了線路檢測(cè)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和火源檢測(cè)電路等，電源采用雙電源電路，由蓄電池提供電機(jī)電源，手機(jī)電池提供單片機(jī)電源。整機(jī)總體框圖如圖2-1所示。電機(jī)控制電 路液晶顯示電 路聲光報(bào)警電 路c8051f410單片機(jī)尋跡及交叉點(diǎn)檢測(cè)電路風(fēng)扇控制電 路火源探測(cè)電 路單片機(jī)及其他電路供電電源df無(wú)線發(fā)射 模 塊df無(wú)線接收模塊lcd液晶屏顯示zy25120b語(yǔ)音播報(bào)stc12c5404ad單片機(jī)線路檢測(cè)電 路姿態(tài)檢測(cè)電 路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路lcd及聲音發(fā)生電路電池及穩(wěn)壓電路圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖stc12c5404ad單

32、片機(jī)線路檢測(cè)電 路姿態(tài)檢測(cè)電 路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路lcd及聲音發(fā)生電路電池及穩(wěn)壓電路圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第3章 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)3.1 c8051f410單片機(jī)系統(tǒng)概述極其引腳功能介紹3.2.1c8051f410單片機(jī)系統(tǒng)概述c8051f410系列器件使用silicon labs的專利cip-51微控制器核。cip-51與mcs-51tm指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)80c51的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。c8051f410系列器件的外設(shè)是標(biāo)準(zhǔn)80c51的所有外設(shè)的超集，并且是完全集成的低功耗混合信號(hào)片上系統(tǒng)型mcu。它的一些主要功能特性如下。(1) 高速、流水線結(jié)構(gòu)的8

33、051兼容的微控制器核（可達(dá)50mips）；(2) 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）；(3) 真12位200 ksps的24通道adc，帶模擬多路器； (4) 兩個(gè)12位電流輸出dac；(5) 高精度可編程的24.5mhz內(nèi)部振蕩器； (6) 達(dá)32kb的片內(nèi)flash存儲(chǔ)器；(7) 2304字節(jié)片內(nèi)ram；(8) 硬件實(shí)現(xiàn)的smbus/ i2c、增強(qiáng)型uart和增強(qiáng)型spi串行接口； (9) 4個(gè)通用的16位定時(shí)器。3.2.2單片機(jī)引腳功能c8051f410是一個(gè)有32個(gè)引腳的芯片，引腳配置如圖3-1所示。圖 3-1 c8051f410單片機(jī)引腳圖c8051f410單片機(jī)的個(gè)引腳功能如

34、表3-1所示。 表3-1 c8051f410引腳功能定義引腳名稱引腳號(hào)(c8051f410)引腳類型說(shuō)明vdd7內(nèi)核電源 vio1i/o電源 gnd6地vrtc-backup3smartclock后備電源 vregin8內(nèi)部穩(wěn)壓器輸入 /rstc2ck2數(shù)字i/o 數(shù)字i/o 器件復(fù)位c2調(diào)試接口的時(shí)鐘信號(hào)p2.7c2d32數(shù)字i/o 數(shù)字i/o端口p2.7 c2調(diào)試接口的雙向數(shù)據(jù)信號(hào)xtal35模擬輸入 smartclock振蕩器晶體輸入xtal44模擬輸出 smartclock振蕩器晶體輸出p0.0idac017數(shù)字i/o或模擬輸入 模擬輸出 端口p0.0 idac0輸出 p0.1idac

35、118數(shù)字i/o或模擬輸入 模擬輸出端口p0.1 idac1輸出p0.219數(shù)字i/o或模擬輸入端口p0.2 p0.320數(shù)字i/o 端口p0.3 p0.4tx21數(shù)字i/o或模擬輸入數(shù)字輸出 端口p0.4 uart tx引腳 p0.5rx22數(shù)字i/o或模擬輸入數(shù)字輸入端口p0.5uart rx引腳p0.6cnvstr23數(shù)字i/o或模擬輸入數(shù)字輸入端口p0.6 adc0、ida0和ida1的外部轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入p0.724數(shù)字i/o或模擬輸入端口p0.7 p1.0xtal19數(shù)字i/o或模擬輸入模擬輸入端口p1.0 外部時(shí)鐘輸入p1.1xtal210數(shù)字i/o或模擬輸入模擬i/o或數(shù)字輸入端口

36、p1.1 外部時(shí)鐘輸出p1.2vref11數(shù)字i/o或模擬輸入模擬輸入端口p1.2 外部vref輸入 p1.312數(shù)字i/o或模擬輸入端口p1.3 表3-1 c8051f410引腳功能定義（續(xù)）引腳名稱引腳號(hào)(c8051f410)引腳類型說(shuō)明p1.413數(shù)字i/o或模擬輸入端口p1.4p1.514數(shù)字i/o或模擬輸入端口p1.5p1.615數(shù)字i/o或模擬輸入端口p1.6p1.716數(shù)字i/o或模擬輸入端口p1.7p2.025數(shù)字i/o或模擬輸入端口p2.0p2.126數(shù)字i/o或模擬輸入端口p2.1p2.227數(shù)字i/o或模擬輸入端口p2.2p2.328數(shù)字i/o或模擬輸入端口p2.3 p2

37、.429數(shù)字i/o或模擬輸入端口p2.4 p2.530數(shù)字i/o或模擬輸入端口p2.5 p2.631數(shù)字i/o或模擬輸入端口p2.63.3光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)并論證了兩種光電對(duì)管檢測(cè)及調(diào)理電路，電路原理圖分別如圖3-2和圖3-3所示。圖 3-2 采用三極管檢測(cè)電路原理圖圖3.3.1所示電路中，r1起限流電阻的作用，當(dāng)有光反射回來(lái)時(shí)，光電對(duì)管中的三極管導(dǎo)通，r2的上端變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)vt1飽和導(dǎo)通，三極管集電極輸出低電平。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。vt1在該電路中起到濾波整形的作用。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

38、擾波的成分。如果輸出加施密特觸發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)良好的輸出波形。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。究其原因，是因?yàn)楣饷羧龢O管和三極管vt1導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電流較大。因此考慮用比較器的方案。圖3-3 采用電壓比較器檢測(cè)電路原理圖在圖3-3中，可調(diào)電阻r3可以調(diào)節(jié)比較器的門限電壓，經(jīng)示波器觀察，輸出波形相當(dāng)規(guī)則，可以直接夠單片機(jī)查詢使用。而且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證給此電路供電的電池的壓降較小。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測(cè)與調(diào)理電路。在尋跡傳感器的設(shè)計(jì)中，我們?cè)谲圀w底盤的前端裝有三個(gè)傳感器，用來(lái)起到尋跡的作用。后端裝有三個(gè)傳感器，在場(chǎng)地邊界檢測(cè)，這樣可以防止小車沖出場(chǎng)地。對(duì)安裝

39、在前端的3個(gè)傳感器以輪詢的方式進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，當(dāng)左右中某一側(cè)的傳感器返回黑時(shí)，則為踩線，既調(diào)整車頭方向，當(dāng)左中右3個(gè)傳感器均為黑時(shí)認(rèn)定為一個(gè)交點(diǎn)，并且2個(gè)交點(diǎn)間距離大于25cm。前后三個(gè)傳感器的安裝位置與安裝方法相一致。車體中間的傳感器可以實(shí)現(xiàn)小車的 轉(zhuǎn)彎和小車走過(guò)的方格的計(jì)數(shù)。當(dāng)車體中間通過(guò)白線時(shí)，小車在相應(yīng)的坐標(biāo)方向上加一計(jì)數(shù)。車體中間傳感器安裝在直流電機(jī)下面，離地距離適中。3.4火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)試電路的設(shè)計(jì)火焰?zhèn)鞲衅鞯暮脡膶?duì)于該系統(tǒng)的功能能否實(shí)現(xiàn)十分重要。我設(shè)計(jì)制作的火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路如圖3-4所示。圖3-4 火焰?zhèn)鞲衅麟娐繁灸K安裝在側(cè)面的傳感器加上黑色塑封管，使它只接受一條直線上

40、的光，另在車頂安裝一個(gè)火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)環(huán)境光，通過(guò)lm358運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電壓比較器功能，兩側(cè)檢測(cè)火源的傳感器與環(huán)境光傳感器做電壓比較，檢測(cè)到火源后輸出高電平觸發(fā)單片機(jī)中斷，執(zhí)行滅火程序。觸發(fā)中斷后小車前方的火焰?zhèn)鞲衅鏖_啟，小車向檢測(cè)到火源的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度就進(jìn)行一次a/d轉(zhuǎn)換，將每次的轉(zhuǎn)換的值記錄并取平均值，即為環(huán)境光的值，當(dāng)檢測(cè)到光線突增時(shí)，即正對(duì)火源。這種累加取平均值的方法可有效去除外由陽(yáng)光強(qiáng)弱變化而導(dǎo)致的外界光線不穩(wěn)定或者周圍物體反光造成的系統(tǒng)誤判，使用價(jià)格低廉的紅外傳感器就可以達(dá)到題目要求的精度。然后前進(jìn)通過(guò)車頭的一遠(yuǎn)一近兩個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)火源的精確定位，當(dāng)?shù)竭_(dá)火源5cm處開啟風(fēng)扇

41、。在火焰?zhèn)鞲衅髂K的設(shè)計(jì)中，在車體中間的兩側(cè)離地大約1820cm（相當(dāng)于火焰高度）處安裝遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅?。在車頭正前方安裝兩個(gè)，由于火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)距離很遠(yuǎn)，為了避免錯(cuò)誤檢測(cè)遠(yuǎn)處火焰的情況的出現(xiàn)，把較低的傳感器用黑色塑料紙包住。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這樣處理過(guò)的火焰?zhèn)鞲衅髦荒軝z測(cè)到一個(gè)方格距離的火焰，而對(duì)遠(yuǎn)距離的火焰沒(méi)有反應(yīng)。用黑塑料包住的傳感器稱為“近視”傳感器，沒(méi)有處理過(guò)的稱為“遠(yuǎn)視”傳感器?！敖暋眰鞲衅骱汀斑h(yuǎn)視”傳感器配合交替使用，可以更好的完成計(jì)劃任務(wù)。3.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖

42、信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)vr、永磁式步進(jìn)電機(jī)pm、混合式步進(jìn)電機(jī)hb和單相式步進(jìn)電機(jī)等。此設(shè)計(jì)采用感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，它具有的特點(diǎn)為：感應(yīng)子式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)

43、效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。感應(yīng)子式某種程度上可以看作是低速同步的電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn)行（a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式。一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。

44、感應(yīng)子式電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。此設(shè)計(jì)采用了四相八拍運(yùn)行方式，即 a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a。并采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖3-5所示。圖3-5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路l298n的d4、d5、d6、d7四個(gè)引腳接到單片機(jī)上，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。3.6滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路如圖3-6所示，滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)由于5v供電時(shí)鋒利不足導(dǎo)致吹不滅火源，所以我們采用12v電壓供電，配合繼電器加以使用，從而使12v電源與單片機(jī)相隔離。圖3-6 風(fēng)扇控制電路3.7語(yǔ)音識(shí)別電路的設(shè)計(jì)3.7.1語(yǔ)音芯片isd25120

45、近幾年語(yǔ)音電路發(fā)展極為迅速，在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。語(yǔ)音接口作為輸出口時(shí)，主要用于報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行結(jié)果、提示系統(tǒng)操作過(guò)程及故障報(bào)警等；作為輸入時(shí)，則主要是語(yǔ)音的記錄、語(yǔ)言庫(kù)的建立和語(yǔ)音的識(shí)別。 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，語(yǔ)音接口有如下特點(diǎn)： （1）輸出的基本詞匯都是確定的，且數(shù)量有限，如故障提示、操作提示、運(yùn)行報(bào)告結(jié)果等；（2）分發(fā)揮單片機(jī)靈活的控制功能，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)結(jié)果，選擇合適的語(yǔ)音詞匯或語(yǔ)言段隨時(shí)組合輸出； （3）寫入后不易遺失，修改方便。 現(xiàn)在語(yǔ)音處理合成芯片很多，大多是先將語(yǔ)音經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后存入內(nèi)存中，放音時(shí)取出再經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換輸出。美國(guó)信息內(nèi)存件公司推出的isd系列語(yǔ)音電路

46、采用直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)，不需要專用開發(fā)工具、編程器，它操作簡(jiǎn)單，接口靈活，因此深受廣大單片機(jī)應(yīng)用人員的歡迎。國(guó)內(nèi)許多廠家的生產(chǎn)語(yǔ)音板，大多以該公司的isd系列芯片為核心構(gòu)成?，F(xiàn)在以系列中的isd25120芯片為例，介紹語(yǔ)音電路與單片機(jī)的應(yīng)用接口。其它系列型號(hào)芯片與此基本相同。 3.7.2 zy25120語(yǔ)音錄放模塊介紹為減少外圍元件，本裝置使用了zy25120語(yǔ)音錄放模塊。zy25120是國(guó)內(nèi)著名電子生產(chǎn)商出品的優(yōu)質(zhì)微型語(yǔ)音錄放模塊。zy25120內(nèi)部使用isd25120作為主控芯片，且具備isd25120的全部?jī)?yōu)良性能，如大容量的eerom存儲(chǔ)器，消噪的話筒放大器，自動(dòng)增益調(diào)節(jié)agc電路，專用

47、語(yǔ)音濾波電路，高穩(wěn)定性的時(shí)鐘震蕩電路和語(yǔ)音處理電路。除此以外，zy25120還對(duì)isd25120的標(biāo)準(zhǔn)外圍電路作了優(yōu)化并全部集成于模塊內(nèi)部。同標(biāo)準(zhǔn)dip40封裝的isd25120相比較，zy25120可以提供更加穩(wěn)定可靠的性能。3.7.3 zy25120的應(yīng)用方法zy25120 具備isd25120 的多種工作模式。1、簡(jiǎn)單錄音放音操作對(duì)于通常的使用，用戶一般是采用一段錄音放音的方法，這樣zy1420a 能為用戶提供最長(zhǎng)20 秒的錄音和放音時(shí)間。圖3-7給出的是采用最簡(jiǎn)單的按鍵操作的使用方法。當(dāng)開始錄音時(shí)，recled 腳變?yōu)榈碗娖?，可以下拉電流?qū)動(dòng)一個(gè)led 顯示。zy1420內(nèi)部已經(jīng)設(shè)計(jì)了

48、一個(gè)led 位置，用戶也可以在外部設(shè)計(jì)一個(gè)led 顯示。接通電源后，電路自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電準(zhǔn)備狀態(tài)。錄音：按住錄音按鍵（rec 保持低電平），電路進(jìn)入錄音狀態(tài)（錄音指示led 亮），當(dāng)rec 變高或錄音內(nèi)存錄滿時(shí)，電路退出錄音狀態(tài)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。注意rec的優(yōu)先級(jí)大于palye和playl。圖3-7 簡(jiǎn)單操作方式電路放音：放音有兩種方式觸發(fā)放音和電平放音。（1）觸發(fā)放音：按一次playe 按鍵，這樣給playe 腳一個(gè)低電平脈沖，電路進(jìn)入放音狀態(tài)，直到放音結(jié)束。（2）電平放音：按下playl 按鍵（playl 腳保持為低電平），電路進(jìn)入放音狀態(tài)，直到playl 變高或放音結(jié)束，電路重新進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。2

49、、復(fù)雜操作方法根據(jù)a6 a7 的電平不同，電路可以進(jìn)入兩種不同的工作模式：地址模式和操作模式。如果a7 a6 至少有一位為低電平，則電路認(rèn)為a0-a7 全部為地址位，a0-a7 的數(shù)值將作為本次錄音或放音操作的起始地址。a0-a7 全部為純輸入引腳，不會(huì)象操作模式中a0-a7 還可能輸出內(nèi)部地址信息。輸入的a0-a7 的信息在palye，playl 或rec 的下降沿被電路鎖存到內(nèi)部使用。（1）地址模式 當(dāng)a7 a6 至少有一位為0時(shí)，器件進(jìn)入地址模式。在地址模式中，a0-a7 由低位向高位排列， 每位地址代表125毫秒的尋址，160 個(gè)地址覆蓋20秒的語(yǔ)音范圍（160*0.125s=20s）

50、，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動(dòng)在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（eom）；而放音時(shí)芯片遇到（eom）標(biāo)志即自動(dòng)停止放音。（2）操作模式 當(dāng)a7 a6 全部為1 時(shí)，器件進(jìn)入操作模式。isd1420 內(nèi)部具備有多種操作模式，并能以最少的組件實(shí)現(xiàn)較多的功能，下面將詳細(xì)描述。操作模式的選擇使用地址管腳來(lái)實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際的地址在isd1420 的有效地址外部。當(dāng)?shù)刂返淖罡邇晌籥7 a6 為高電平時(shí)，其余的地址位將被成為狀態(tài)標(biāo)志位而不再是地址位。因此，操作模式和尋址模式不能兼容，也就是說(shuō)不能同時(shí)使用。在使用操作模式時(shí)必須注意兩點(diǎn)。第一，所有的操作開始于地址0，也就

51、是isd1420 的起始地址。以后的操作根據(jù)操作模式的不同可以從其它地址開始。另外，在操作模式中當(dāng)a4=1， 從錄音變換到放音而不是從放音到錄音，器件地址指針復(fù)位到0。第二，操作模式的執(zhí)行必須是a7 a6 為高電平，在palyl，playe 或rec 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)開始執(zhí)行。當(dāng)前的操作模式將一直有效，直到下一次的控制信號(hào)變低，并取樣地址線上的信息開始新的操作。（3）操作模式描述 可以使用微處理器來(lái)控制操作模式，也可以直接使用直接聯(lián)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的功能。a0：信息檢索：信息檢索允許用戶在內(nèi)容跳轉(zhuǎn)瀏覽，而不必關(guān)系每個(gè)信息的實(shí)際物理位置。每個(gè)控制信號(hào)的低電平脈沖將內(nèi)部地址指針轉(zhuǎn)移到下一個(gè)信息位置。這種模

52、式只能在放音中使用，通常與a4 操作同時(shí)應(yīng)用。a1：刪除eom 結(jié)尾標(biāo)志：a1 操作模式允許多次記錄的信息組合成一個(gè)信息，結(jié)束標(biāo)志只出現(xiàn)在最后錄制信息的結(jié)尾。當(dāng)配置成這種模式后，多次錄制的信息在放音時(shí)會(huì)形成連續(xù)的信息。a2：沒(méi)有使用。a3：循環(huán)播放：a3 操作模式能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)連續(xù)的信息播放，播放的信息處于的地址空間的開始。如果一個(gè)信息充滿了isd1420， 則用循環(huán)模式可以從頭到尾連續(xù)的播放。palye 脈沖可以啟動(dòng)播放，playl 脈沖可以結(jié)束播放。a4：連續(xù)尋址：在通常的操作中，當(dāng)放音操作遇到結(jié)尾標(biāo)志（eom）時(shí)，地址指針將復(fù)原到0。a4 操作模式將禁止地址指針的復(fù)位，允許信息能連續(xù)錄制和

53、播放。當(dāng)電路處于靜止?fàn)顟B(tài)，不是處于錄音或放音狀態(tài)，即可設(shè)置該腳為低電平，將地址指針復(fù)位。a5：沒(méi)有使用表3-2 zy1420地址功能范例表：表3-3 zy1420 操作模式表：地址控制功能典型應(yīng)用可以同時(shí)使用的模式a0信息檢索正向信息快進(jìn) a4 a1刪除結(jié)尾標(biāo)志將結(jié)尾標(biāo)志置最后 a3，a4 a2沒(méi)使用a3循環(huán)從地址0 連續(xù)放音 a1 a4連續(xù)尋址錄音/放音連續(xù)執(zhí)行a0，a1 a5沒(méi)使用3.7.4 lm386功率放大器模塊lm386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 lm386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)

54、的音頻功率放大器,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至 200。輸入端以地位參考,同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半,在6v電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mw,使得lm386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。 lm386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。引腳如圖3-8所示。圖3-8 lm386引腳圖特性：靜態(tài)功耗低,約為4ma,可用于電池供電。 工作電壓范圍寬,4-12v or 5-18v。外圍元件少。 電壓增益可調(diào)，20-200。 低失真度。語(yǔ)音功放電路如圖3-9所示。圖3-9 功放電路

55、3.8無(wú)線收發(fā)及顯示模塊的實(shí)現(xiàn)3.8.1無(wú)線收發(fā)模塊pt2262/2272是一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無(wú)線遙控發(fā)射/接收芯片。其中發(fā)射芯片pt2262將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得非常簡(jiǎn)潔。接收芯片pt2272m4是非鎖存型4位數(shù)據(jù)輸出，有8位地址編碼，有效防止了各個(gè)無(wú)線模塊之間的干擾。df無(wú)線收發(fā)模塊結(jié)合編解碼芯片pt2262/2272可以將單片機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編解碼經(jīng)由df無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)射出去。這樣的無(wú)線收發(fā)模塊具有發(fā)射距離遠(yuǎn)，抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)pt2262具有8位地址編碼，能夠防止各個(gè)無(wú)線模塊之間的干擾。無(wú)線發(fā)射模塊的電路圖如圖3-10所示。圖3-10 無(wú)線發(fā)射模塊3.8.2 顯示模塊設(shè)計(jì)題中要求對(duì)小車所跑時(shí)間和路程進(jìn)行顯示，由于本單片機(jī)引腳有限，為了節(jié)省單片機(jī)資源，液晶選用帶串口功能和中