電子設(shè)計(jì)大賽_消防車報(bào)告

1、 . PAGE38 / NUMPAGES38 . 消防智能電動(dòng)車（D題）參賽學(xué)生：專業(yè)：電子信息工程學(xué)校：電子科技大學(xué)指導(dǎo)教師：摘要本設(shè)計(jì)中智能小車采用兩塊凌陽SPCE061A單片機(jī)作為檢測(cè)和控制的核心，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，障礙物判斷采用集成紅外傳感器，火源探測(cè)利用紅外傳感器加比較器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直流電機(jī)，電機(jī)控制方式為PWM控制。電機(jī)控制核心采用凌陽SPCE061A單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光電耦合器完全隔離以避免干擾。實(shí)現(xiàn)的功能是：從安全區(qū)出發(fā)，自

2、動(dòng)檢測(cè)火源并選擇路線滅火，遇到障礙物能夠?qū)崿F(xiàn)智能躲避，兩個(gè)火源均完全滅掉后按原路回到安全區(qū)。在此過程中遇到不同情況會(huì)用不同聲音報(bào)警，并顯示滅火數(shù)目和小車的路程。關(guān)鍵詞：火源探測(cè) 路面尋線 智能避障 Simple Intelligentized Electric Motors AutomobileAbstract:Based on two microcontrollers ,SPCE061A of SUNPLUS,the model car can race intelligently by detecting white lines on the black ground.Including

3、the road surface hunting, the fire hazard examination, the intelligence evade bond, 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 the ground colo

4、r has the wide difference inlet line.The obstacle judgment uses the integrated infrared sensor.The fire hazard survey use infrared sensor adds the comparator.Electrical machinery is direct current machine,The electrical machinery control mode is the PWM control. The electrical machinery control core

5、 uses insults the positive SPCE061A monolithic integrated circuit, The control system and circuit isolates completely with the photoelectricity coupler avoids disturbing. The realization function is: Embarks from the safe area,The automatic detection fire hazard and chooses the route fire fighting,

6、Meets the obstacle to be able to realize the intelligent avoidance, After two fire areput out completely,it return to the safe area according to the old route. Encounters the different situation in this process to be able to use the different sound to report the police,And demonstrates the fire figh

7、ting number and the distance.the car coveredKey words:search for the line,intelligently,search for the fire目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc145770532 1系統(tǒng)方案選擇與論證 PAGEREF _Toc145770532 h 4HYPERLINK l _Toc1457705331.1設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc145770533 h 4HYPERLINK l _Toc1457705341.1.1任務(wù) PAGEREF _Toc145770534

8、 h 4HYPERLINK l _Toc1457705351.1.2要求 PAGEREF _Toc145770535 h 4HYPERLINK l _Toc1457705361.2系統(tǒng)方案對(duì)比論證 PAGEREF _Toc145770536 h 5HYPERLINK l _Toc1457705371.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)論證 PAGEREF _Toc145770537 h 5HYPERLINK l _Toc1457705381.2.2各模塊方案選擇與論證 PAGEREF _Toc145770538 h 6HYPERLINK l _Toc1457705391.2.3系統(tǒng)各模塊的最終方案 PAG

9、EREF _Toc145770539 h 14HYPERLINK l _Toc1457705402.系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc145770540 h 15HYPERLINK l _Toc1457705412.1.系統(tǒng)硬件基本組成部分的設(shè)計(jì)思想 PAGEREF _Toc145770541 h 15HYPERLINK l _Toc1457705422.1.1控制部分 PAGEREF _Toc145770542 h 15HYPERLINK l _Toc1457705432.1.2檢測(cè)部分 PAGEREF _Toc145770543 h 16HYPERLINK l _Toc14

10、57705442.1.3功能實(shí)現(xiàn)部分 PAGEREF _Toc145770544 h 16HYPERLINK l _Toc1457705452.2主要單元電路的電路圖和說明 PAGEREF _Toc145770545 h 17HYPERLINK l _Toc1457705462.2.1控制部分單元電路圖 PAGEREF _Toc145770546 h 17HYPERLINK l _Toc1457705472.2.2檢測(cè)部分的單元電路圖 PAGEREF _Toc145770547 h 20HYPERLINK l _Toc1457705482.2.3功能實(shí)現(xiàn)部分 PAGEREF _Toc14577

11、0548 h 21HYPERLINK l _Toc1457705492.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc145770549 h 23HYPERLINK l _Toc1457705502.3.1系統(tǒng)主程序流程圖 PAGEREF _Toc145770550 h 24HYPERLINK l _Toc1457705512.3.2各部分子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc145770551 h 25HYPERLINK l _Toc1457705523系統(tǒng)測(cè)試、調(diào)整 PAGEREF _Toc145770552 h 27HYPERLINK l _Toc1457705533.1各部分測(cè)試過程和數(shù)據(jù)

12、PAGEREF _Toc145770553 h 27HYPERLINK l _Toc1457705543.1.1線路檢測(cè)部分測(cè)試 PAGEREF _Toc145770554 h 27HYPERLINK l _Toc1457705553.1.2火焰檢測(cè)部分測(cè)試 PAGEREF _Toc145770555 h 27HYPERLINK l _Toc1457705563.1.3 紅外探障部分測(cè)試 PAGEREF _Toc145770556 h 29HYPERLINK l _Toc1457705573.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能測(cè)試 PAGEREF _Toc145770557 h 29HYPERLINK l _T

13、oc1457705583.3整車測(cè)試 PAGEREF _Toc145770558 h 29HYPERLINK l _Toc1457705593.4測(cè)試儀器 PAGEREF _Toc145770559 h 30HYPERLINK l _Toc1457705604總結(jié) PAGEREF _Toc145770560 h 30HYPERLINK l _Toc145770561附錄 PAGEREF _Toc145770561 h 31HYPERLINK l _Toc145770562附錄1 主要元器件清單 PAGEREF _Toc145770562 h 31HYPERLINK l _Toc14577056

14、3附錄2 部分程序清單 PAGEREF _Toc145770563 h 31HYPERLINK l _Toc145770564附錄3 印制電路板 PAGEREF _Toc145770564 h 32HYPERLINK l _Toc145770565參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc145770565 h 351系統(tǒng)方案選擇與論證1.1設(shè)計(jì)要求1.1.1任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)消防智能小車模型，能到指定區(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，場(chǎng)地如圖所示：1.1.2要求根據(jù)題目要求我們?yōu)樽约旱脑O(shè)計(jì)確定了以下目標(biāo)：基本部分：（1）小車從安全區(qū)域啟動(dòng)后能自行尋找到火源并發(fā)出警報(bào)。（2）對(duì)場(chǎng)地

15、中隨機(jī)出現(xiàn)的2個(gè)火源，小車能夠發(fā)現(xiàn)并將其完全撲滅，并且總時(shí)間不超過5分鐘。（3）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示撲滅的火源數(shù)。發(fā)揮部分：（4）滅火完畢后小車能夠返回到安全區(qū)域（原位）。（5）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示路程。（6）能夠用不同聲音對(duì)不同的狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警。（7）若在第一個(gè)火源或兩個(gè)火源被撲滅后再出現(xiàn)一個(gè)火源，也能發(fā)現(xiàn)并將其撲滅。（8）可以躲避在任一格點(diǎn)處的障礙物，且障礙物可多于四個(gè)。1.2系統(tǒng)方案對(duì)比論證1.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)論證本系統(tǒng)大體上分為九個(gè)基本模塊，它們的關(guān)系可由如下方框圖示意我們最初有以下幾個(gè)總體方案：方案一：小車兩側(cè)安裝兩個(gè)輪子由兩個(gè)普通直流電機(jī)帶動(dòng)，前后各安裝一個(gè)萬向輪，方便小車拐彎并起

16、平衡支撐作用。在小車中間放一軸承，軸承上安裝一個(gè)火焰?zhèn)鞲衅骱鸵粋€(gè)紅外探測(cè)器，通過軸承旋轉(zhuǎn)來帶動(dòng)兩傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，以檢測(cè)火源和障礙物，小車下方四個(gè)角上安裝四個(gè)光電傳感器尋線，檢測(cè)小車壓線的情況，小車前方安裝風(fēng)扇用以滅火。小車在安全區(qū)時(shí)，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行掃描尋找火源，找到后再確定滅火路線，在行進(jìn)過程中再通過紅外傳感器來探測(cè)障礙物并避開，達(dá)到火源處后再確定火源的具體方向，小車轉(zhuǎn)動(dòng)使風(fēng)扇對(duì)準(zhǔn)火源吹風(fēng)，滅火完畢后按照程序記錄的路線回到安全區(qū)。這種方案在傳感器的探測(cè)方面比較精確，但情況太多，程序分支龐大，過于復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。方案二：車身設(shè)計(jì)與方案一一樣，在小車兩側(cè)各安裝一個(gè)火焰?zhèn)鞲衅骱鸵粋€(gè)風(fēng)扇，傳感器輸出

17、信號(hào)經(jīng)比較器來判斷火源的遠(yuǎn)近，左側(cè)通過放大可探測(cè)到95cm以的火源，右側(cè)傳感器沒有接放大器，只可檢測(cè)到近距離（25cm）的火源。小車下方四個(gè)角上安裝四個(gè)光電傳感器呈矩形分布，進(jìn)行尋線，檢測(cè)小車壓線的情況，主要起導(dǎo)向功能。另外在中間安裝兩個(gè)傳感器，左右距離比前后兩對(duì)傳感器大一些，主要起定位功能。小車從安全區(qū)出發(fā)后直走到達(dá)中線后左拐，開啟左側(cè)傳感器探測(cè)左側(cè)半個(gè)場(chǎng)地火源的情況，發(fā)現(xiàn)火源則在下一路口左拐若此時(shí)正好在障礙物所處的兩條線上則小車后退到前一個(gè)路口再左拐，然后兩側(cè)傳感器均開啟，哪一側(cè)檢測(cè)到火源就開啟哪一側(cè)的風(fēng)扇將火源吹滅。然后回到中線上繼續(xù)前行探測(cè)火源，到達(dá)邊線后原地轉(zhuǎn)180度對(duì)右側(cè)的半個(gè)場(chǎng)地

18、進(jìn)行探測(cè)，程序與左半側(cè)基本一樣?；鹪慈繙缤旰?，小車沿中線返回安全區(qū)。在此過程中遇到各種不同情況就調(diào)用不同語音程序，進(jìn)行語音報(bào)警。同時(shí)用數(shù)碼管來顯示撲滅火源的數(shù)目和總的路程。這種方案硬件簡(jiǎn)單，軟件實(shí)現(xiàn)起來思路也比較清晰，但并沒有真正起到避障的效果，現(xiàn)在是已知障礙物的位置所以能避開，若臨時(shí)改變障礙物的位置，則這一方案就不能實(shí)現(xiàn)避障，也就無法完成滅火任務(wù)。方案三：車身設(shè)計(jì)不變，小車前方增加一個(gè)紅外障礙物探測(cè)傳感器，在小車兩側(cè)各安裝一個(gè)火焰?zhèn)鞲衅骱鸵粋€(gè)風(fēng)扇，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電容濾波進(jìn)入比較器來判斷火源的遠(yuǎn)近，通過調(diào)節(jié)變阻器能調(diào)節(jié)比較器的參考電壓，從而將火源的距離分成遠(yuǎn)近兩檔。左側(cè)為遠(yuǎn)距離檔可探測(cè)到1

19、05cm以的火源，右側(cè)傳感器可檢測(cè)到30cm以的火源，為近距離檔。共安裝六個(gè)尋線傳感器，小車下方四個(gè)角上各安裝四個(gè)光電傳感器呈矩形分布，進(jìn)行尋線，檢測(cè)小車壓線的情況，主要起導(dǎo)向功能。另外在中間安裝兩個(gè)傳感器，左右距離比前后兩對(duì)傳感器稍大一些，主要起定位作用。小車從安全區(qū)出發(fā)后直走到達(dá)中線后左拐，開啟左側(cè)傳感器探測(cè)左側(cè)半個(gè)場(chǎng)地火源的情況，若發(fā)現(xiàn)火源則在下一路口左拐，然后兩側(cè)傳感器均開啟，哪一側(cè)檢測(cè)到火源就開啟哪一側(cè)的風(fēng)扇將火源吹滅。然后回到中線上繼續(xù)前行探測(cè)火源，到達(dá)邊線后原地轉(zhuǎn)180度對(duì)右側(cè)的半個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行探測(cè)，程序與左半側(cè)基本一樣。在此滅火過程中紅外探障一直開著，遇到障礙物后走一“弓”形繞過，

20、回到主線上后繼續(xù)探測(cè)，火源全部滅完后，小車沿中線返回安全區(qū)。在此過程中遇到各種不同情況就調(diào)用不同語音程序，進(jìn)行語音報(bào)警。同時(shí)用數(shù)碼管來顯示撲滅火源的數(shù)目和總的路程。該方案是對(duì)方案二的修改完善，在方案二的基礎(chǔ)上加進(jìn)了紅外避障模塊。1.2.2各模塊方案選擇與論證1.2.2.1控制器模塊（單片機(jī)的選擇）單片機(jī)控制模塊在本系統(tǒng)中處于核心地位。其工作包括處理鍵盤輸入、顯示模塊控制、響應(yīng)傳感器中斷、控制電機(jī)運(yùn)行等。對(duì)單片機(jī)控制模塊的基本要具有較高的速度、資源配置滿足要求。方案一：采用傳統(tǒng)的8位89C51單片機(jī)作為運(yùn)動(dòng)物體的控制中心。經(jīng)典51 單片機(jī)具有價(jià)格低廉,使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但其運(yùn)算速度低，功能單一，R

21、AM、ROM空間小、不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。本題目要求有較大的RAM，由于小車的顛簸需要比較穩(wěn)定的系統(tǒng)，若采用89C51需要做RAM，ROM來擴(kuò)展其存空間，其硬件工作量必然大大增多。而高檔的MCS-51系衍生產(chǎn)品價(jià)格昂貴、冗余資源較多、使用圍較窄。采用89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)軟件編程自由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。但是89C51需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器來滿足數(shù)據(jù)采樣，硬件電路相對(duì)復(fù)雜。另外，51單片機(jī)在線操作不易掌握，需要用仿真器來實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。方案二：采用凌陽SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，該單片機(jī)部資源豐富，集成了A/D，D/A，易于數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)由于其在線仿真技術(shù)，軟硬件調(diào)試方

22、便，對(duì)于電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽這種時(shí)間緊，任務(wù)多的開發(fā)來說是極為有利的?；谏鲜龇治?，我們擬選擇方案二。方案二：采用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編輯門列陣）作為系統(tǒng)控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好，并且可利用EDA軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。FPGA采用并行工作方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，常用于大規(guī)模實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中小車速度不能過快，故FPGA的高速處理能力得不到充分發(fā)揮 方案三：采用PHILIPS公司的LPC213X-ARM系列為控制器核心。高集成度的32位嵌入式ARM控制器核心功能強(qiáng)大速度快，邏輯功能處理能力強(qiáng)。并可以進(jìn)行JTAG在線仿真，支持ADS1.2集

23、成開發(fā)環(huán)境，置USB接口，具有良好的控制與通信功能。部PLL電路可調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘可使CPU時(shí)鐘最大達(dá)到60M赫茲，運(yùn)算速度很高。用于較高的系統(tǒng)與操作系統(tǒng)，適用于32 位ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。作為控制小車的核心部件顯得資源的運(yùn)用效率很低，而且ARM的價(jià)格比較貴，程序的要求也比較高。方案四:采用16位單片機(jī)SPCE061A作為小車運(yùn)動(dòng)的控制中心。SPCE061A具有豐富的資源：RAM，ROM空間大、指令周期短、運(yùn)算速度快、低功耗、低電壓、可編程音頻處理，單片機(jī)SPCE061A的晶振頻率為32.768KHZ，有32K的FLASH，3.3V供電，32位可編程并行I/O口，兩個(gè)十六位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，

24、可以自動(dòng)設(shè)置預(yù)設(shè)初值，具有運(yùn)行/睡眠方式下的看門狗維護(hù)功能。易于編寫和調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。尤其在復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，其運(yùn)算速度快，精度高，在控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)運(yùn)行速度比一般51單片機(jī)快。采用凌陽16位SPCE061A單片機(jī)。此單片機(jī)功能較強(qiáng)、兼容性好、性價(jià)比高；具有體積小、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗小以與具有較高的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，系統(tǒng)最高時(shí)鐘頻率可達(dá)49MHz，運(yùn)行速度快；而且由于凌陽SPCE061A單片機(jī)部集成了A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，不需外加A/D、D/A器件。通過采樣取樣，結(jié)合部A/D、D/A，構(gòu)成閉環(huán)反饋調(diào)整控制。此種方案既能實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化硬件電路，提高測(cè)量精度，同時(shí)也能利用軟件對(duì)測(cè)量

25、誤差進(jìn)行補(bǔ)償，這給調(diào)試、維護(hù)和功能的擴(kuò)展、性能的提高，帶來了極大的方便。按照題目要求，控制器主要接收和辨識(shí)紅外傳感器傳來的信號(hào)，處理尋線?；鹪磦鞲衅鞯男盘?hào)處理運(yùn)算。兩個(gè)電機(jī)的動(dòng)作控制，滅火風(fēng)扇電機(jī)的控制，以與躲避障礙物到達(dá)火源處滅火且小車速度，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)比較穩(wěn)定。基于以上方案對(duì)比，與其資源的利用、運(yùn)算速度等各個(gè)方面的綜合考慮，我們采用方案四。1.2.2.2火源探測(cè)模塊火源探測(cè)模塊是本設(shè)計(jì)中比較重要的一部分，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)消防車滅火，必須先找到火源，這樣才能決定小車的滅火路線。該模塊若處理不當(dāng)直接會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的失敗，找不到火源就無法完成任務(wù)。方案一：采用日本HAMAMATSU公司生產(chǎn)的R2868

26、火焰?zhèn)鞲衅鳎ㄗ贤猓┡cC3704探測(cè)模塊R2868 是利用紫外線 TRON 通過金屬的光電效果和瓦斯乘法效果來發(fā)現(xiàn)火星源，它具有很小的體積和很寬敏感角度(擇向性),并能快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)從火焰被發(fā)出的弱紫外線，但其工作電壓為32525V，價(jià)格昂貴，獨(dú)立的高電源不易解決，故排除了該方案。方案二：采用納英特公司的火焰?zhèn)鞲衅鳎t外）用一個(gè)火焰?zhèn)鞲衅?，安裝在小車前方，從火焰?zhèn)鞲衅鞯玫降男盘?hào)經(jīng)整流放大，再通過AD轉(zhuǎn)換接單片機(jī)由程序?qū)⒒鹧婢嚯x分為遠(yuǎn)近兩檔，遠(yuǎn)距離測(cè)到火焰可確定小車的基本行進(jìn)方向，進(jìn)入近距離檔后調(diào)整方向?qū)?zhǔn)火源，開啟風(fēng)扇將其吹滅。但這樣增加了程序編寫的難度，并且試驗(yàn)證明AD轉(zhuǎn)換不夠穩(wěn)定，誤差較大，

27、故排除了該方案。方案三：采用納英特公司的火焰?zhèn)鞲衅鳎t外），與相關(guān)外圍電路。用兩個(gè)傳感器分別安裝在小車的兩側(cè)進(jìn)行遠(yuǎn)近距離的定位檢測(cè)，火焰?zhèn)鞲衅鞣答伒男盘?hào)經(jīng)電容濾波，再通過比較器后，輸入到單片機(jī)的I/O A端口，通過調(diào)節(jié)變阻器大小改變比較器的參考電壓，從而將火焰距離分為兩個(gè)檔，近距離檔和遠(yuǎn)距離檔，該方案優(yōu)點(diǎn)是工作電壓低，擇向性好，遠(yuǎn)近距離的定位準(zhǔn)確，能消除火源放置的各種特殊情況，而不存在盲區(qū)。所需器件相對(duì)價(jià)廉，方向精確度可以利用圓筒小孔定位，使方向精度提高，準(zhǔn)確尋找到火源。優(yōu)勢(shì)很明顯，故采用此種方案。綜上所述，我們采用方案三，雙火焰?zhèn)鞲衅鬟h(yuǎn)近精確定位系統(tǒng)。1.2.2.3尋線前進(jìn)模塊光電檢測(cè)模塊是

28、用以實(shí)現(xiàn)小車沿著場(chǎng)地上標(biāo)出的白色路線運(yùn)動(dòng)的，且不能偏離該軌跡。題目中路徑是一條2.5cm寬的白線，周圍場(chǎng)地是黑色膠皮，可以利用傳感器來感知軌跡方案一：可見光發(fā)光二極管與光敏二極管組成的發(fā)射-接收電路。這種方案的缺點(diǎn)在于其他環(huán)境光源會(huì)對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，對(duì)環(huán)境的要求比較高。一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判，即使是采用超高亮發(fā)光二極管可以降低一定的干擾，但這將增加額外的功率損耗，因此沒有采用否定這個(gè)方案。 方案二：采用一左一右兩個(gè)紅外發(fā)射接收對(duì)管。處理電路如圖1.2.2.3a所示，在該電路中，加比較器LM311的目的，是使模擬量轉(zhuǎn)化為開關(guān)量，便于處理。為使發(fā)射有一定的功率，發(fā)

29、射回路要求不小于20mA的電流。根據(jù)公式故可選擇R1=150。啟動(dòng)時(shí)，小車跨騎在白色膠紙上。兩個(gè)紅外發(fā)射接收對(duì)管，安裝在小車兩側(cè)，輸出為低電壓，當(dāng)小車走偏，偏離白線時(shí)，輸出為高電壓。但該方案電路較復(fù)雜，運(yùn)行經(jīng)過試驗(yàn)耗電量比較大，運(yùn)行也不很穩(wěn)定，受電源，環(huán)境影響比較大 ，造價(jià)成本都不是最優(yōu)化的選擇。方案三：采用顏色傳感器。目前顏色傳感器的應(yīng)用，越來越廣泛，效果也可以。但幾百元的價(jià)格與相對(duì)復(fù)雜的處理電路，并且還需要光源，對(duì)環(huán)境光源有要求，如果環(huán)境光源有變化，會(huì)造成一定的影響。所以也不是一個(gè)很好的選擇。方案四：采用光電傳感器檢測(cè)。當(dāng)光線照射到下方場(chǎng)地上時(shí)會(huì)發(fā)生反射，由于黑色膠皮和白色膠紙的反射系數(shù)不

30、同，光電傳感器可根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)弱來判斷是否偏離白線。使用六個(gè)集成的反射式光電傳感器，其中四個(gè)傳感器位于小車的四個(gè)角上，呈矩形分布，中間兩傳感器左右距離大一些，前后四個(gè)傳感器主要是用來為前進(jìn)和后退導(dǎo)向的，而中間兩個(gè)則是為了精確定位的，看小車中心是否到達(dá)路口，根據(jù)傳感器狀態(tài)的變化來判斷小車偏離膠紙的情況以與路口的不同情況，從而調(diào)整小車的運(yùn)動(dòng)。小車上傳感器的安裝位置如圖1.2.2.3b所示?；谏厦娴挠懻?，我們選用了抗干擾能力強(qiáng)且易于實(shí)現(xiàn)的方案四。1.2.2.4障礙物檢測(cè)躲避模塊障礙物檢測(cè)模塊是用來判斷小車前方是否有障礙物并確定小車與障礙物之間的距離、障礙物的位置。為了確保小車在行駛過程中避免

31、撞到障礙物,系統(tǒng)需要利用測(cè)距傳感器檢測(cè)出障礙物與小車之間的距離,或記錄下障礙物所在線路，使小車做出正確的動(dòng)作,避免與障礙物相撞。躲避障礙物的模塊有以下幾種方案。方案一：采用激光傳感器測(cè)距，激光傳感器能非常準(zhǔn)確地測(cè)出小車與障礙物的距離，采用激光傳感器檢測(cè)距離,是利用光的反射原理進(jìn)行距離的測(cè)量.激光具有方向性強(qiáng),亮度高,單色性好,傳輸速度快(C=3108m/s)等優(yōu)點(diǎn),因此激光傳感器具有抗干擾強(qiáng),測(cè)量精度高,反應(yīng)速度快等特點(diǎn).但由于激光是以光速傳播的,距離與時(shí)間的關(guān)系滿足:2S=CT1,在本系統(tǒng)中障礙物離小車的距離最大不超過2m,所以T14/C=1.3310-8s,而單片機(jī)機(jī)器時(shí)鐘為晶體振蕩器的1

32、/12(一般單片機(jī)采用12Mhz或6Mhz的晶振),遠(yuǎn)大于T1,因此需要添加外部的發(fā)射電路才能適合單片機(jī)接收,同時(shí),由于激光傳感器的制作比較精細(xì)使其價(jià)格過高.單片機(jī)控制信號(hào)在延時(shí)后控制激光發(fā)射器發(fā)射激光束,同時(shí)開始計(jì)時(shí),當(dāng)接收器將接收的信號(hào)反饋給單片機(jī)時(shí)計(jì)時(shí)停止，通過時(shí)間差和光速的特點(diǎn)計(jì)算路程。但價(jià)格比較高，處理過程復(fù)雜，所以不符合我們的要求。方案二：采用超聲傳感器，進(jìn)口的超聲傳感器，換能器件薄，并且?guī)幚黼娐?，輸出與距離成比例的模擬信號(hào)，通過AD轉(zhuǎn)換，可獲得距離信息，價(jià)格貴。也有一些較簡(jiǎn)單的超聲傳感器與處理電路，能輸出開關(guān)量信息，價(jià)格也不貴，是一個(gè)好的選擇，應(yīng)用單片機(jī)發(fā)射和接受超聲波傳感器信

33、號(hào)的方框圖如圖1.2.1.4a所示單片機(jī)發(fā)出40kMhz的脈沖信號(hào),通過驅(qū)動(dòng)電路由超聲波的發(fā)射器發(fā)射出去,連續(xù)發(fā)十個(gè),同時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí),如果接收器在發(fā)完十個(gè)脈沖后未接收到反饋信號(hào),則判斷無障礙物,延時(shí)后單片機(jī)再發(fā)十個(gè)脈沖信號(hào);如果接收器收到反饋信號(hào),則判斷有障礙物,并通知單片機(jī)停止計(jì)時(shí).通過時(shí)間差計(jì)算距離.設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為344m/s,則根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t,就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s),即s=344t/2.但是附近的障礙也能反射超聲波形成干擾，測(cè)量距離誤差比較大，最近距離的精度也不是很高，題目中的要求顯示每個(gè)方格的規(guī)格為30*30cm，近距離的測(cè)距會(huì)形成一些二次或者

34、三次反射對(duì)準(zhǔn)確的定位有一定的影響。 方案三：采用左右兩個(gè)紅外傳感器。紅外傳感器，是目前使用比較普遍的一種避障傳感器，其處理電路如圖1.2.1.4b所示，通過調(diào)節(jié)R23、R24兩個(gè)電位器，可調(diào)節(jié)兩個(gè)紅外傳感器的檢測(cè)距離為1080cm，開關(guān)量輸出，即輸出為TTL電平。但電路比較復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)，而且環(huán)境里的其他熱源比如人、煙頭、電源等能熱源都能影響到其工作的穩(wěn)定性，故排除了這種方案。方案四：采用近距離可調(diào)光電開關(guān)，當(dāng)小車尋線走到障礙物前時(shí)光電開關(guān)發(fā)出信號(hào)使小車停下，并返回上一個(gè)路口轉(zhuǎn)彎，走一個(gè)“弓”字避開障礙物繼續(xù)前進(jìn)。這樣很容易實(shí)現(xiàn)避障功能，造價(jià)比較低，精度也比較高，（光電開關(guān)的距離也可以根據(jù)實(shí)際

35、要求進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，根據(jù)題目的要求我們將最小距離定在10cm以）故實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，容易方便穩(wěn)定，滿足各方面的要求。按照題目要求需要準(zhǔn)確識(shí)別障礙并能避開障礙，從而實(shí)現(xiàn)避障，滅火功能。我們選擇了方案四。1.2.2.5路程測(cè)量模塊方案一：采用開關(guān)式霍爾元件，將磁鐵固定在小汽車的車輪上,當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng),霍爾元件感應(yīng)到磁場(chǎng)的變化時(shí),就會(huì)產(chǎn)生通斷效果,使單片機(jī)的定時(shí)器的輸入端產(chǎn)生高低電平的變化,從而記錄小車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù),假設(shè)為N,并設(shè)車輪的周長(zhǎng)為L(zhǎng),通過公式S=N*L就可以計(jì)算出小汽車在一段時(shí)間的行程。這種測(cè)量方法的測(cè)量數(shù)據(jù)只能是車輪周長(zhǎng)的整數(shù)倍，路程短誤差還比較小，一旦走的路程長(zhǎng)，拐彎、

36、避障倒車等因素比較多的時(shí)候誤差就會(huì)累積起來，不精確。例如：小車的車輪半徑為1cm，那么這種測(cè)量方法的最小誤差也將達(dá)到6cm。不符合題目的要求，因此在最大限度提高精度方面暫不采用此方案。方案二：采用透光式光電傳感器，硬件電路如圖1.2.1.5所示。在小汽車的車輪上鉆若干小孔，設(shè)小孔的個(gè)數(shù)為n。在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)射的光被沒有孔的地方遮擋時(shí)，光敏三極管不能導(dǎo)通，光敏三極管的集電極輸出為高電平，經(jīng)CD40106反相后，單片機(jī)定時(shí)器的輸入端為低電平。在有小孔的地方，發(fā)光二極管發(fā)射的光就會(huì)透過小孔照射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通，此時(shí)光敏三極管的集電極輸出為低電平。在經(jīng)CD40106反相后，單

37、片機(jī)定時(shí)器的輸入為高電平。單片機(jī)定時(shí)器就會(huì)準(zhǔn)確記錄下這種高低電平的變化的次數(shù)，即通過的小孔的個(gè)數(shù)。假設(shè)為N, 并設(shè)車輪的周長(zhǎng)與方案一的一樣也是L，某段時(shí)間的行程計(jì)算公式為：S=N*L/n可以看到這種測(cè)量方法的最小誤差為方案一的1/n，可較為精確地測(cè)量出小汽車的行程。并且可以進(jìn)行誤差控制，因?yàn)榭椎膫€(gè)數(shù)與誤差成反比，要想提高準(zhǔn)確度只要增加小孔的個(gè)數(shù)就可以。方案三：由于場(chǎng)地的特殊性數(shù)格數(shù)計(jì)路程，路程的測(cè)量可直接在程序中實(shí)現(xiàn)，由于本題中場(chǎng)地被均勻地分成30 cm*30 cm的小方格，只要讓小車走整格數(shù)并記錄格數(shù)n1，在每個(gè)路口處做出動(dòng)作（繼續(xù)前進(jìn)或拐彎）并在原格數(shù)基礎(chǔ)上加1，則整格數(shù)部分的路程可直接由

38、公式s1=n1*30cm算出。另外不到整格數(shù)的部分可通過透光式光電傳感器來計(jì)算，其計(jì)算公式為s2=N*L/n則最后總的路程可表示為S=s1+s2= n1*30+ N*L/n通過對(duì)以上方案的對(duì)比，綜合考慮路程計(jì)算的精度和實(shí)現(xiàn)的難易程度，我們采用了方案三。1.2.2.6小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于控制小車的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中未設(shè)置位置傳感器，系統(tǒng)對(duì)位置的定位完全靠軟件來實(shí)現(xiàn)，這就要求電機(jī)的控制精度必須要高。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選擇方案一:利用9012、2SC8050、與電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。如果單片機(jī)控制口輸出高電平，9012截止，2SC8050截止，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)控制口輸出低電

39、平時(shí)，9012導(dǎo)通，2SC8050導(dǎo)通，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。該電路比較簡(jiǎn)單，輸出功率足夠大，足以推動(dòng)電機(jī)工作，并且電機(jī)工作時(shí)三極管性能非常穩(wěn)定。但該方案中單片機(jī)部分和電機(jī)供電部分沒有完全隔離，而電動(dòng)機(jī)在切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的反電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)常燒壞單片機(jī)。故沒有使用該方案。方案二：使用多個(gè)功率放大器驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大要求，放大后能夠得到較大的功率。但由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作會(huì)比較復(fù)雜。因此也沒有選擇這種方案。方案三：使用61板上四個(gè)接口B0、B1、B2、B3來實(shí)現(xiàn)對(duì)小車上電機(jī)的控制。首先在外部小車前后各放

40、一個(gè)萬向輪，兩側(cè)為雙動(dòng)力輪。61板的四個(gè)控制端口B0、B1、B2、B3分別接左電機(jī)A接口、左電機(jī)B接口、右電機(jī)A接口、右電機(jī)B接口。表1.2.2.6 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)編碼：左電機(jī)右電機(jī)左電機(jī)右電機(jī)電動(dòng)車運(yùn)行狀態(tài)B0B1B2B30101正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前行0110正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)0111正轉(zhuǎn)停以右電機(jī)為中心原地右轉(zhuǎn)1001反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)1101停正轉(zhuǎn)以左電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn)1010反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退由上表可知，只要通過軟件編程設(shè)定61板的四個(gè)控制端口B0、B1、B2、B3的不同編碼，就可得到電動(dòng)車的前進(jìn)，后退，旋轉(zhuǎn)等不同的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)起來比較容易，并且誤差較小。故基于上述分析，我們采用了方案三。電機(jī)類型選擇方案一：采用

41、減速小型直流電機(jī)。減速直流電機(jī)控制精度很低，雖不能準(zhǔn)確控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，但可控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、不轉(zhuǎn)等動(dòng)作，速度均勻性好。這已足夠我們控制小車前進(jìn)、拐彎、后退等簡(jiǎn)單工作，且控制簡(jiǎn)單，電源要求低，易于實(shí)現(xiàn)。方案二：采用專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與與其配套的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，用這種方案的控制精度（可控制角度）、效率和可靠性都很高，但價(jià)格過高、重量大、占用口資源多且控制復(fù)雜對(duì)電源要求也高，故被我們排除了。通過以上對(duì)比，我們選擇使用普通直流電機(jī)。電機(jī)的選擇方案一：采用直流電機(jī)控制懸掛物體的運(yùn)動(dòng)，直流電機(jī)力量大，能獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，但由于存在機(jī)械觸點(diǎn)，直流電機(jī)容易產(chǎn)生噪聲，而且單獨(dú)使用

42、時(shí)不能完成位置控制，需要配以傳感器才能控制定位。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)控制懸掛物體的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)不需要使用傳感器就能精確定位，而且通過給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉(zhuǎn)動(dòng)，定距運(yùn)動(dòng)較精確。雖然步進(jìn)電機(jī)不能高速轉(zhuǎn)動(dòng)，但根據(jù)題目要求的時(shí)間和移動(dòng)距離，步進(jìn)電機(jī)完全能夠符合要求，是該種要求下廣泛使用的一種電機(jī)?；谏鲜隼碚摲治?，我們擬選擇方案二。1.2.2.7滅火模塊方案一：用風(fēng)扇將蠟燭吹滅，檢測(cè)并確定火源在課吹滅的圍后由單片機(jī)控制風(fēng)扇開啟，吹滅蠟燭。經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定當(dāng)采用6V電源給風(fēng)扇電機(jī)供電時(shí)，火源在30cm以都可被吹滅。能達(dá)到要求，并且簡(jiǎn)單方便各方面的實(shí)現(xiàn)都比較簡(jiǎn)單，工作也比較穩(wěn)定，調(diào)試快捷。適合應(yīng)

43、用。方案二：用水管噴滅，原理圖與上圖相仿只是將J1接口換成噴頭的電動(dòng)機(jī)，由于整個(gè)系統(tǒng)是電子系統(tǒng)，如用水則有可能發(fā)生斷路或出現(xiàn)危險(xiǎn)，并且小車還要承載水的重量，對(duì)小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)要求比較高，故排除這種方案，選擇方案一。1.2.2.8數(shù)碼管顯示模塊在本設(shè)計(jì)中有兩個(gè)需要顯示的部分，即吹滅火源的數(shù)目和小車的路程方案一：使用16位字符型液晶（LCD）顯示。液晶顯示屏具有低功耗、影像穩(wěn)定不閃爍、畫面效果好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。液晶動(dòng)態(tài)顯示功能強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)歡迎信息的顯示，并提供了一個(gè)友好的用戶界面，使系統(tǒng)更加直觀，更趨智能化和人性化。但液晶以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，本題

44、中要顯示兩部分則需分屏顯示，工作量就會(huì)更大，增加了不少難度，并且平時(shí)沒有這方面的準(zhǔn)備，規(guī)定時(shí)間不可能做得很好，故排除了該方案。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式。陵陽61板可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8個(gè)數(shù)碼管，編程容易，硬件電路調(diào)試簡(jiǎn)單，顯示兩部分也比較好控制。缺點(diǎn)是顯示的容不夠豐富，但能準(zhǔn)確顯示數(shù)據(jù)，能很好地達(dá)到我們所需要的顯示路程，滅火數(shù)量的數(shù)據(jù)。故傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示即可符合我們的要求。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用了方案二，使用凌陽公司的61板實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示。顯示的選擇方案一：用LED數(shù)碼管顯示設(shè)定的坐標(biāo)，本題中只需要六只LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示即可以顯示X軸和Y軸的坐標(biāo)，優(yōu)點(diǎn)是接口簡(jiǎn)單，易于控制，缺

45、點(diǎn)是只能用于比較簡(jiǎn)單的數(shù)字顯示。方案二：用LCD液晶顯示器顯示，優(yōu)點(diǎn)是能顯示更多的字符，有著良好的人機(jī)界面，缺點(diǎn)是控制比較復(fù)雜。由于凌陽SPCE061A單片機(jī)有著豐富的硬件資源，加上現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展對(duì)人機(jī)界面的要求越來越高?；谏鲜隹紤]，所以我們選擇方案二。1.2.2.9語音報(bào)警模塊采用陵陽61板自身攜帶的語音模塊,在避障、拐彎、發(fā)現(xiàn)火源、滅火等動(dòng)作做出的同時(shí)調(diào)用不同的語音程序模塊進(jìn)行語音報(bào)警，這些工作都是直接在程序中完成的。61單片機(jī)具有豐富的音樂庫函數(shù)，我們只需要錄制我們所要的音樂然后放在FLASH存儲(chǔ)器里面進(jìn)行調(diào)用，或者直接調(diào)用其音樂函數(shù)庫里的不同聲音就能出色地完成任務(wù)。1.2.2.10電

46、源模塊采用普通的電池組供電就能實(shí)現(xiàn)我們的要求，我們計(jì)劃一共使用六盒電池，兩盒6V電池分別用在小車電機(jī)上和紅外探障傳感器上，風(fēng)扇采用9V電源，另外三塊4.5V電池用在兩塊61板和傳感器的供電上。風(fēng)扇使用9V和小車電機(jī)用6V電源是為了增加驅(qū)動(dòng)能力，而小車的兩個(gè)電機(jī)使用一個(gè)電源是為了使兩電機(jī)的轉(zhuǎn)速一樣。電源的選擇方案一：所有器件都采用單一電源。這樣供電雖然比較簡(jiǎn)單，但是由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且給定脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)電流波動(dòng)較大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的干擾，缺點(diǎn)十分明顯。方案二：雙電源供電。將電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源（12V）和單片機(jī)的供電電源（5V）完全隔開，這樣設(shè)計(jì)可以徹

47、底消除電機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；谏鲜隹紤]，所以我們選擇方案二。1.2.3系統(tǒng)各模塊的最終方案經(jīng)過仔細(xì)分析和論證，我們決定系統(tǒng)10個(gè)模塊的最終方案如下：（1）控制器模塊：選擇兩塊凌陽61單片機(jī)SPCE061A作為小車運(yùn)動(dòng)的控制中心（2）火源探測(cè)模塊：采用雙火焰?zhèn)鞲衅骶_定位系統(tǒng)。（3）尋線前進(jìn)模塊：采用6個(gè)光電傳感器來引導(dǎo)和調(diào)整小車的動(dòng)作（4）障礙物檢測(cè)躲避模塊：選用了紅外傳感器避障（5）路程測(cè)量模塊：采用數(shù)格數(shù)的方法來記錄整數(shù)路程，非整格數(shù)的部分采用透光式傳感器來計(jì)算，公式為： S=s1+s2=n1*30+ N*L/n（6）小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用普通直流電機(jī)，雙驅(qū)動(dòng)四接口方

48、式、PWM脈寬調(diào)速（7）滅火模塊：在小車兩側(cè)分別安裝兩個(gè)風(fēng)扇對(duì)火源進(jìn)行吹風(fēng)（8）數(shù)碼管顯示模塊：路程長(zhǎng)度采用四位數(shù)碼管并口動(dòng)態(tài)掃描，吹滅火源數(shù)用另一數(shù)碼管獨(dú)立顯示，另外檢測(cè)到火源時(shí)點(diǎn)亮一個(gè)二極管來顯示（9）語音播報(bào)模塊：直接采用凌陽61自身帶的語音模塊進(jìn)行語音報(bào)警（10）電源模塊：直接采用電池組，分別做出4.5V、6V和9V電池組2.系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1.系統(tǒng)硬件基本組成部分的設(shè)計(jì)思想本題是一個(gè)光機(jī)電一體的綜合設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)技術(shù)和電子技術(shù)。系統(tǒng)硬件可以分為控制部分、檢測(cè)部分和功能實(shí)現(xiàn)部分。2.1.1控制部分（1）車身動(dòng)力部分電機(jī)部分采用普通直流電機(jī)PWM模式控制，

49、PWM模式易于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和拐彎的角度，并且采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)以利于小車的原地轉(zhuǎn)向、后退等動(dòng)作的完成。如原地左轉(zhuǎn)則可通過控制左側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，右側(cè)電機(jī)正傳來實(shí)現(xiàn)。（2）單片機(jī)控制部分單片機(jī)我們選用了兩塊陵陽61板，利用其自身攜帶的語音、顯示等模塊功能，并且其口資源比較豐富，使我們可以比較輕松得將題目中的發(fā)揮部分也一塊完成。一塊單片機(jī)用來接收火焰探測(cè)和路面檢測(cè)的信號(hào)以與紅外探障信號(hào)并進(jìn)行分析后通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來控制小車的運(yùn)動(dòng)，最終避開障礙物到達(dá)火源處滅火，作為主要控制模塊，另一塊單片機(jī)負(fù)責(zé)語音播報(bào)、數(shù)碼管顯示和路程測(cè)量，分擔(dān)第一塊單片機(jī)的部分功能任務(wù)。2.1.2檢測(cè)部分這一部分是車身控制和功能實(shí)現(xiàn)部分的

50、基礎(chǔ)，單片機(jī)通過對(duì)傳感器信號(hào)的處理來控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或不轉(zhuǎn)，從而控制小車前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退、原地轉(zhuǎn)等動(dòng)作，基本原理可用下圖來表示（1）傳感器檢測(cè)部分又包括紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)、紅外障礙物檢測(cè)和光電尋線傳感器檢測(cè)三大塊?；鹧嫣綔y(cè)我們利用了溫度變化對(duì)紅外傳感器電流的影響，同時(shí)距離遠(yuǎn)近對(duì)傳感器輸出也有明顯的影響，再通過比較器與參考電壓相比較，就可以判斷火源的方向和大體距離。障礙物探測(cè)我們用的是紅外傳感器。原理與尋線傳感器相仿，我們采用的是集成模塊，直接將探測(cè)距離規(guī)定在10cm左右，進(jìn)入10cm以電平由低變高。尋線前進(jìn)我們采用的是光電類型的傳感器，主要是考慮到場(chǎng)地和路徑的顏色灰度相差很大，對(duì)光源的

51、反射情況差別也很大，從而影響傳感器輸出的信號(hào)，單片機(jī)接收到尋線傳感器的信號(hào)后，就會(huì)控制電機(jī)作出相應(yīng)的動(dòng)作，避開障礙物，完成滅火任務(wù)。（2）另外程序避障與路程測(cè)量屬于智能檢測(cè)。這一部分沒有用到硬件，而是純粹利用軟件編程記錄格數(shù)來避開障礙物所在的線和計(jì)算路程，這樣設(shè)計(jì)的主要考慮是為了降低硬件實(shí)現(xiàn)的難度。2.1.3功能實(shí)現(xiàn)部分（1）滅火部分滅火我們采用的是兩個(gè)風(fēng)扇，分別安裝在小車的兩側(cè)，這樣設(shè)計(jì)小車停止后不用轉(zhuǎn)向即可進(jìn)行滅火，減少了再次尋找火源具體位置的繁瑣。（2）顯示部分顯示我們采用的是數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，用一位數(shù)碼管來顯示撲滅的火源數(shù)，再用四位數(shù)碼管來顯示小車走過的路程。另外在檢測(cè)到火源時(shí)點(diǎn)亮一個(gè)二

52、極管來表示（3）語音部分我們事先利用陵陽61板子自身的語音模塊進(jìn)行錄音，將各種報(bào)警信息存儲(chǔ)在單片機(jī)，然后在滅火過程中遇到什么樣的情況就調(diào)用哪一部分報(bào)警語音程序。（4）測(cè)量路程部分路程測(cè)量分為兩部分：程序數(shù)格數(shù)記錄整數(shù)部分，非整格數(shù)的部分采用透光式光電傳感器來計(jì)算。透光式光電傳感器安裝在車輪的一側(cè)，通過遮光利用傳感器在有無光照時(shí)輸出電平高低變化的特性來記錄遮光次數(shù)N，利用公式S=N*L/n來計(jì)算。最后總的路程可表示為S=s1+s2= n1*30+ N*L/n2.2主要單元電路的電路圖和說明2.2.1控制部分單元電路圖（1）車身動(dòng)力部分電路圖圖2.2.1a是我們?cè)O(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的最初依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)，

53、它是通過調(diào)節(jié)脈寬來調(diào)節(jié)加速時(shí)間以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)速度的目的，比較容易實(shí)現(xiàn)。使用61板上四個(gè)接口B0、B1、B2、B3來實(shí)現(xiàn)對(duì)小車上電機(jī)的控制。首先在外部小車前后各放一個(gè)萬向輪，兩側(cè)為雙動(dòng)力輪，部電路如圖2.2.1b所示，當(dāng)A輸入為低電平，B輸入為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)A輸入為高電平，B輸入為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)。A、B都為高電平時(shí)電機(jī)停止，A、B不能同時(shí)為低電平。4個(gè)二極管可以起到保護(hù)晶體管的作用。功率晶體管采用TP512光耦器驅(qū)動(dòng)，將控制部分與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分隔離。61板的四個(gè)控制端口B0、B1、B2、B3分別接左電機(jī)A口、B口、右電機(jī)A口、B口。表2.2.1 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)編碼：B0B1B2

54、B3左電機(jī)右電機(jī)小車運(yùn)行狀態(tài)0101正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前行0110正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)0111正轉(zhuǎn)停以右電機(jī)為中心原地右轉(zhuǎn)1001反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)1101停正轉(zhuǎn)以左電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn)1010反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退由上表可知，只要通過軟件編程設(shè)定61板的四個(gè)控制端口B0、B1、B2、B3的不同編碼，就可得到電動(dòng)車的前進(jìn)，后退，旋轉(zhuǎn)等不同的運(yùn)行狀態(tài)。（2）單片機(jī)控制部分陵陽61板具有以下性能：工作電壓（CPU）VDD為2.4V3.6V32位通用可編程輸入/輸出端口，且接口電壓VDDH為2.45.5V2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（可自動(dòng)預(yù)制初始計(jì)數(shù)值）2個(gè)10位DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）輸出通道置32K FLASH和2K字SRAM等2.

55、2.2檢測(cè)部分的單元電路圖（1）火焰探測(cè)電路在圖2.2.2a電路中AB為火焰?zhèn)鞲衅鞯慕涌?，電阻R1既有保護(hù)作用又可起到抬高電勢(shì)的作用，為保護(hù)傳感器并滿足我們的電壓圍要求，電阻R1最終選擇取120K，而電容C1則是用來消除外界干擾、濾波的，大約為0.1F，通過調(diào)節(jié)變阻器R3可以調(diào)節(jié)比較器的參考電壓進(jìn)而調(diào)節(jié)感應(yīng)到火源的距離。試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)為 ： R3=27時(shí)，火焰探測(cè)器可感應(yīng)到25cm以的火源，視為近距離檔，而R3很小時(shí)，95cm以的火源均可感應(yīng)到，視為遠(yuǎn)距離檔。C為比較器的輸出端，通過檢測(cè)輸出端電壓的高低就可以判斷火源的位置。（2）尋線檢測(cè)電路在圖2.2.2b中LED為發(fā)光二極管發(fā)出光信號(hào)，D1

56、二極管為接收端，A接單片機(jī)，電阻R1、R2對(duì)二極管起保護(hù)作用。工作原理為：當(dāng)D1接收不到光信號(hào)時(shí)截止A端相當(dāng)于接地為低電平，D1接收到光信號(hào)時(shí)被擊穿，相當(dāng)于一條導(dǎo)線直接與VCC相連為高電平。通過高低電平的變化就可以判斷小車是否沿著白色膠紙前進(jìn)，發(fā)現(xiàn)偏離可以與時(shí)調(diào)整。（3）障礙物探測(cè)電路原理與尋線傳感器一樣，都是利用光敏二極管電阻隨光照強(qiáng)度變化明顯的特性。我們采用的是集成傳感器，感應(yīng)距離為10cm，即10cm以只要有障礙物傳感器輸出就會(huì)由低電平變?yōu)楦唠娖健?.2.3功能實(shí)現(xiàn)部分（1）風(fēng)扇電機(jī)部分電路風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)直接由61單片機(jī)來控制，當(dāng)單片機(jī)判斷進(jìn)入能吹滅火源的圍后，由程序來判斷是哪一側(cè)有火源，然

57、后開啟那一側(cè)的風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行滅火。并且如圖2.2.3a所示，我們用光歐將單片機(jī)與電動(dòng)機(jī)隔離開來。（2）數(shù)碼管顯示部分圖2.2.3b 為并行動(dòng)態(tài)顯示電路，共12個(gè)引腳接在單片機(jī)上，其中下面8個(gè)為并行數(shù)據(jù)接口，上面四條線為片選線，由于我們采用的是共陽數(shù)碼管，故片選線中哪一位為0（低電平）哪一位就被點(diǎn)亮，這時(shí)并行接口輸出的8位二進(jìn)制LED碼就會(huì)一塊付給這個(gè)數(shù)碼管，電腦依次讓四位數(shù)碼管循環(huán)置0，并且讓并行接口的8位數(shù)據(jù)相應(yīng)的顯示路程的四位數(shù)字，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描。另外，撲滅火源的數(shù)目由另一數(shù)碼管獨(dú)立顯示，直接接單片機(jī)的8個(gè)引腳，而當(dāng)發(fā)現(xiàn)火源時(shí)單片機(jī)會(huì)控制一個(gè)引腳點(diǎn)亮一個(gè)二極管。（3）語音播報(bào)

58、部分陵陽61板具有強(qiáng)大的語音處理功能，如圖2.2.3c所示，X1是語音的MIC輸入端，自帶自動(dòng)增益（AGC）控制，J3是語音輸出接口，一個(gè)2pin的插針外接喇叭，由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語音集成放大器SPY0030A放大，然后輸出，SPY0030A是凌陽的一款芯片，功能相當(dāng)于LM386，但是比LM386音質(zhì)好，它可以工作在2.46.0V圍，最大輸出功率可達(dá)700mW（LM386必須工作在4V以上，而且功率只有100mW）。圖2.2.3d是我們直接套用陵陽61單片機(jī)上的音頻播放模塊的電路圖。 2.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序是在Windows X

59、P SP2 環(huán)境下采用unSP IDE 2.0.0軟件編寫的，可以實(shí)現(xiàn)小車對(duì)光電傳感器的查詢，滅火電路的控制，電機(jī)方向的確定等功能。2.3.1系統(tǒng)主程序流程圖圖2.3.1 系統(tǒng)主程序流程圖主程序主要起到一個(gè)導(dǎo)向和決策功能，決定什么時(shí)候小車該做什么。小車各種功能的實(shí)現(xiàn)主要通過調(diào)用具體的子程序。2.3.2各部分子程序設(shè)計(jì)（1）火焰探測(cè)子程序圖2.3.2a火焰探測(cè)程序模塊 (2)障礙物探測(cè)子程序（3）尋線子程序3系統(tǒng)測(cè)試、調(diào)整為了確定系統(tǒng)與題目要求的符合程度，我們對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)試。3.1各部分測(cè)試過程和數(shù)據(jù)3.1.1線路檢測(cè)部分測(cè)試首先規(guī)定傳感器的感應(yīng)距離為1cm，發(fā)射管的保護(hù)電阻

60、R2=510，接收管D1的保護(hù)電阻R1=20K。表3.1.1 尋線傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)次數(shù)傳感器與地面距離 (cm)輸出電壓(V)10514.521.53.7322.03.1.2火焰檢測(cè)部分測(cè)試火焰?zhèn)鞲衅麟娐穮?shù)測(cè)試變阻器R3的阻值待定用Rx 來表示近距離的Rx值表3.1.2a火焰與傳感器的距離(cm)比較器信號(hào)輸入(V)比較器信號(hào)輸出(V)201.203.04152.683.04理論值：5=5=1.23V結(jié)論：比較電壓為1.24VRx=6.51k遠(yuǎn)距離的Rx值表 3.1.2b距離(cm)信號(hào)輸入(V)信號(hào)輸出(V)1000.482.96800.642.96理論值：5=5=0.44V結(jié)論：比較電壓為