灭火小车控制系统

1、石河子大学本科毕业设计（论文）i 摘要随 着社 会 与 国 家 的 发 展， 在经 济 迅 速 增 长 的 同时 ， 各 种 危 险 场 所不 可 避 免的 火 灾 频繁 出 现 ， 给 社 会 安全 造 成 了 很 多 隐 患， 于是 现 代 火 灾 及时 补救 已 成 为迫 在 眉 睫需 要 解 决 的 问 题 ，救 火 早 一 刻 就 少 一分 损失 ， 消 防 救 援人 员固 然 速 度已 经 很 快，但 也 需 要一 段不 小 的 时 间 ，而 且 进 入 救火 现场 还 有生 命 危 险 的可 能 ，于 是 消 防机 器 小 车 的 理 念 诞生 了 。 本 文 是 对 灭火 小车

2、 控 制 系 统 进行 了设 计 ， 采用 单 片 机作 为 控 制 核 心 ， 这样 一 来 ， 单 片 机 就可 以充 分 发 挥 其 资源 丰富 、 有 较为 强 大 的控 制 功 能 及 可 以 位寻 址 操 作 功 能 、 价 格 低廉 等优 点 利用 其 丰 富 的资 源 ，实 现 对 各模 块 的 控 制 ；本 设计 通 过 加 以 电 源 电路 、 电 机 驱 动 、 光电 传 感 电 路 、火 焰 检 测电 路 、 灭 火 风 扇 以及 其 它 电 路 构 成 ，其 中电 源 电 路 提 供系 统所 需 的 工作 电 源 ，专 用 电 机 驱 动 芯 片驱 动 电 机 控 制

3、 机 器人 的前 进 后 退 以 及转 向， 光 电 对管 完 成 寻迹 和 避 障 ， 光 敏 电阻 传 感 器 检 测 火 焰， 灭火 风 扇 进 行 灭火 。设 计 的 工作 过 程 是：首 先 通 过, 光 敏 电 阻传 感器 寻 找 火 源 后将 信 号 传 递 给 单 片机 ，单 片 机根 据 已 设定 好 的 程 序 控 制 机器 人 运 动 ， 完 成 一系 列的 灭 火 动 作 。关 键词：灭 火 小 车， 光 敏 电 阻 传 感 器， 单片 机 ， 光 电 对 管 ，石河子大学本科毕业设计（论文）ii abstract with the development of soc

4、iety and the country, while rapid economic growth, the inevitable fire of all kinds of dangerous places frequent, caused a lot of hidden dangers to the social security, so the modern fire remedied in time has become an imminent need to address the problem, the fire as early as the moment experience

5、less loss, fire and rescue personnel of course, speed is already very fast, but it also requires a small time, and enter the fire scene possible life-threatening, so the fire machine car concept was born. this article is extinguishing the car control system design, with the mcu eight microcontroller

6、 as control core, and this way, the microcontroller can give full play to its rich resources, more powerful control functions and bit-addressable operation function, low price advantage of its rich resources, to achieve control of each module; the design through to the power supply circuit, motor dr

7、ives, photoelectric sensing circuit of flame detection circuit, fire fans, and other circuit, power circuit to provide the required power dedicated motor driver chip drives the motor to control the robot forward and back, and turned to put out the fire, photoelectric tube to complete the tracing and

8、 collision avoidance, photo resistor sensors to detect flame, the fire-fighting fan. the design process is: first through the photoresistor sensors to find the source of fire after signaling to the microcontroller, the microcontroller has set a good program to control the robot to complete a series

9、of fire-fighting action. keywords:fire-fighting car, photo resistor sensors, mcu, photoelectric tube, 石河子大学本科毕业设计（论文）iii 目录摘要 . iabstract . i第 1 章绪 论 . 11.1 灭 火小 车 控制 系 统的 设计 背 景和 意 义 . 1 1.2 国 内国 际 研究 现 状 . 1 1.3 灭 火小 车 控制 系 统的 目标 . 错 误 !未 定 义书 签 。第 2 章智 能 寻 迹 灭 火 小 车控 制 系 统 介 绍 . 32.1 灭 火小 车 系统 功

10、能概 述 . 32.2 系 统工 作 原理 . 42.3 主 要设 计 内容 . 42.4 本 章小 结 . 4第 3 章系 统 硬 件 设 计 . 53.1硬 件设 计 框图 . 53.2硬 件设 计 及主 控 芯片 介绍 . 53.2.1at89c52 主 控 芯 片介 绍 . 53.2.2避 障模 块 方 案设 计 . 73.2.3电 机驱 动 系 统方 案设 计 . 93.2.4电 源系 统 方 案设 计 . 113.2.5火 焰检 测 方 案设 计 . 123.2.6车 体方 案 设 计 . 133.2.7风 扇方 案 设 计 . 133.3本 章小 结 . 14第 4 章系 统 软

11、 件 设 计 . 154.1软 件设 计 思路 . 154.2系 统程 序 流程 图 . 164.2.1避 障模 块 程 序流 程图 . 164.2.2驱 动电 机 模 块程 序流 程 图 . 174.2.3灭 火模 块 程 序流 程图 . 错 误 !未 定 义书 签 。4.2.4风 扇模 块 程 序流 程图 . 184.3软 件实 现 . 20 4.3.1软 件开 发 平 台介 绍 . 204.4各 功能 模 块软 件 程序 设计 . 20 4.4.1避 障模 块 主 程序 . 214.4.2驱 动电 机 模 块主 程序 . 224.4.3风 扇模 块 主 程序 . 错 误 !未 定 义书

12、签 。4.4.4延 时子 程 序 . 244.5本 章小 结 . 24第 5 章仿 真 调 试 . 255.1硬 件调 试 . 25石河子大学本科毕业设计（论文）iv 5.1.1避 障电 路 驱 动电 机调 试 . 255.1.2火 焰检 测 模 块的 调试 . 275.2调 试软 件 wave 介 绍 . 285.2.1主 界面 . 285.2.2菜 单介 绍 . 285.3软 件程 序 调试 . 295.3.1调 试的 主 要 方法 和技 巧 . 295.3.2利 用 wave 调 试本 系 统 . 295.4综 合调 试 . 305.5本 章小 结 . 30结 论 . 31致 谢 . 3

13、2参 考 文 献 . 33附 录 1 . 34附 录 2 . 35石河子大学本科毕业设计（论文）1 第1章绪论1.1灭火小车控制系统的设计背景和意义火 灾在 现 实 生 活 中 是 非常 普遍 的 ， 它 被 称 为 三大 自 然 灾 害 之 一 。消 防 人 员时 时 刻 刻冲 到 第 一 线 ， 面 临生 命 危 险 ， 在 这 种背 景下 ， 智 能 寻 迹灭 火系 统 应 运而 生 ， 实现 了 对 安 全 防 护 的质 的 提 高 ， 也 大 大地 减 低 了 消 防 人 员的 危险 。 在 智能 灭 火 系统 中 应 用 单 片 机 来代 替 人 的 思 考 ， 还可 以实 现 自

14、 动 化 控制 ，简 化 了 灭火 的 工 作流 程 ， 使 单 片 机 代替 多 余 的 消 防 人 员， 节省 了 国 家 不 必要 的支 出 ， 减低 了 危 险。 随 着 社 会 与 国 家的 发 展 ， 在 经 济 迅速 增 长 的 同 时 ， 各种 危险 场 所 不可 避 免 的火 灾 频 繁 出 现 ， 给社 会 安 全 造 成 了 很多 隐患 ， 于 是 现 代火 灾及 时 补 救已 成 为 迫在 眉 睫 需 要 解 决 的问 题 ， 救 火 早 一 刻就 少一 分 损 失 ， 消防 救援 人 员 固然 速 度 已经 很 快 ， 但 也 需 要一 段 不 小 的 时 间 ，而

15、且进 入 救 火 现 场还 有生 命 危 险的 可 能 ，于 是 消 防 机 器 小 车的 理 念 诞 生 了 。灭 火 小 车 控 制系 统 的 研 究 除了 在 科 学 研 究方 面 具 有 深 远 的 意义 ， 它 也 是 一个 很 好 的教 学 平 台 。 通 过 它可 以 使 学 生 将 理 论与 实践 紧 密 地 结 合起 来， 提 高 学生 的 动 手能 力 、 创 造 能 力 、协 作 能 力 和 综 合 能力 。目 前 国 家 所 提倡 的素 质 教 育中 ， 能 力培 养 是 核 心 。 灭 火小 车 提 供 了 一个 对学 生 的 能 力 进 行 培养 的 大 舞 台 。

16、对 推 动 高校 的 科 技 创 新 和 产学 研 一 体 化 产 生 了积 极作 用 ， 也 为 提高 我国 在 智 能机 器 领 域的 国 际 地 位 做 出 了积 极 贡 献 。1.2国内国际研究现状我 国的 机 器 人 研 究 开 发工 作始 于 20 世 纪 70 年代 初 ， 到 现 在 已 经历 了 30年 的 历 程。前 10 年 处于 研 究 单 位 自行 开展 研 究 工 作 状 态 ，发 展比 较 缓慢 。1985年 后 开 始列 入 国 家 有 关 计 划， 发 展 比 较 快 。 在机 器人 基 础 技 术 方面 ：诸 如 机 器人 机 构 的运 动 学 、 动 力

17、学 分析 与 综 合 研 究 ， 机器 人运 动 的 控 制 算法 及机 器 人 编程 语 言 的研 究 ， 机 器 人 内 外部 传 感 器 的 研 究 与开 发， 具 有 多 传 感器 控制 系 统 的研 究 ， 离线 编 程 技 术 、 遥 控机 器 人 的 控 制 技 术等 均取 得 长 足 进 展， 并在 实 际 工作 中 得 到应 用 。在 机器 人 的 单 元 技 术 和基 础元 部 件 的 研 究 开 发方 面 ： 诸 如 交 直 流伺 服 电 机及 其 驱 动系 统 、 测 速 发 电 机、 光 电 编 码 器 、 液压 （气 动 ） 元 部 件、 滚珠 丝 杠 、直 线 滚

18、 动导 轨、谐 波 减 速 器 、rv减 速 器 、十 字 交 叉滚 子轴 承 、薄 壁 轴 承 等 均 开发 出 一 些样 机 或 产 品 。 但 这些 元 部 件 距 批 量 化生 产还 有 一 段 距 离。 我国 近 几 年机 器 人 自动 化 生 产 线 已 经 不断 出 现 ， 并 给 用 户带 来显 著 效 益 。 随着 我国 工 业 企业 自 动 化水 平 的 不 断 提 高 ，机 器 人 自 动 化 线 的市 场也 会 越 来 越 大， 并且 逐 渐 成为 自 动 化生 产 线 的 主 要 方 式。 我 国 机 器 人 自 动化 生产 线 装 备 的 市场 刚刚 起 步 ，而

19、国 内 装备 制 造 业 正 处 于 由传 统 装 备 向 先 进 制造 装备 转 型 的 时 期， 这就 给 机 器人 自 动 化生 产 线 研 究 开 发 者带 来 巨 大 商 机 。 据预 测， 目 前 我 国 仅汽 车行 业 、 电子 和 家 电行 业 、 烟 草 行 业 、新 能 源 电 池 行 业 等， 年需 求 此 类 自 动化 线就 达300多 条 ，产 值 约 为 上 百亿 元人 民 币 。我 国消 防 装备 研究 部 门从 1997 年 开 始 对消 防石河子大学本科毕业设计（论文）2 灭 火 机 器人 进 行 科 研 开 发 ， 2002年 6 月， 由公 安 部 上 海

20、 消防 研 究 所 、 上 海 交通 大 学 、上 海 消 防 局三 家单 位 共 同 承 担的 国家 863 项目 履 带 式、轮 式 消 防灭 火机 器 人 研 制成 功 并顺 利 通过 国家 验 收。 消 防 灭 火机 器人 ， 又称 自 行式 水 - 泡 沫消 防 炮 ，是 一 种 结 合 多 种 消防 灭 火 手 段 为 一 体的 新型 消 防 装 备 。 2002年 9 月 8 日， 灭火 机 器 人 参 加 公 安消 防 部 队 北 京 协 作区 反恐 演 习 中受 到 公 安部 消 防 局 陈 家 强 局长 的 高 度 评 价 ； 2002年 我国 云南 、 湖 北 省 相 继

21、 配备 灭火 机 器 人 ； 2003年 9 月 ，灭 火 机 器 人 在 湖 北省 首 次 投 入 实 战 ； 2003年 10 月 ，我 国江 苏 省 、香 港 地 区 、马 来西 亚 开 始 大 规 模 配备 消 防 灭火 机 器 人。我 国灭 火 小 车 科 研 事 业从 实验 室 走 向 生 产 车 间最 终 战 斗 在 火 场 一线 ， 为 我国 消 防 装备 的 发 展 注 入 了 新鲜 血 液 ， 填 补 了 国内 空白 。 消 防 的 社会 意义 在 于 它将 对 人 类生 存 安 全 作 为 终 极关 怀 ， 消 防 装 备 作为 一种 重 要 的 火 灾扑 救手 段 ，

22、已经 在 消 防灭 火 救 援 中 显 示 越来 越 重 要 的 作 用 。 消 防装 备科 研 应始 终 贯 彻 从火 场中 来 ， 到火 场 中 去 的 指 导思 想， 贴 近火 场 一线 ，急 火 场之 所急 。不 仅在 我 国 ， 在 世 界 上消 防工 作 也 是 一 个 大 难题 ， 各 国 政 府 都 千方 百 计 地将 火 灾 的损 失 降 到 最 低 点 。1984 年 11 月， 在日 本 东 京 的 一个 电 缆 隧 道 内 发 生了 一 起 火灾 ， 消 防 队 员 不 得不 在 浓 烟 和 高 温 的危 险环 境 下 在 隧 道内 灭火 。 这 次火 灾 之 后， 东

23、 京 消 防 部 开 始对 能 在 恶 劣 条 件 下工 作的 消 防 机 器 人进 行研 究 ， 目前 已 有 五种 用 途 的 消 防 机 器人 投 入 使 用 。遥 控消 防 机 器 人 1986年 第 一 次使 用了 这 种 机 器 人 。 当消 防人 员 难 于 接 近火 灾 现 场灭 火 时 ， 或 有 爆 炸危 险 时 ， 便 可 使 用这 种机 器 人 。 这 种机 器人 装 有 履带 ， 最 大行 驶 速 度 可 达 10 公 里/ 小 时 ， 每分 钟能 喷 出 5 吨 水或 3 吨 泡 沫 。喷 射灭 火 机 器 人这 种机 器 人于 1989 年 研 制 成 功 ，属

24、于遥 控 消 防 机 器 人 的一 种 ，用 于 在 狭 窄 的 通 道和 地 下区 域 进行 灭火 。机 器人 高 45 厘米 ，宽 74 厘 米 ，长 120 厘火 焰 ， 喷 嘴 将 水 流转 变 成 高 压 水 雾 喷向 火 焰 。消 防侦 察 机 器 人消 防侦 察 机器 人诞 生 于 1991 年 ，用 于收 集 火 灾 现 场周 围的 各 种 信息 ， 并 在 有 浓 烟 或有 毒 气 体 的 情 况 下， 支援 消 防 人 员 。机 器人 有 4 条履 带 ， 一只 操 作 臂 和 9 种 采集 数 据 用 的 采 集 装置 ， 包 括 摄 像 机 、热 分 布 指 示 器和

25、气 体 浓度 测 量 仪 。 消防 的社 会 意 义 在 于 它 将对 人 类 生 存 安 全 作为 终 极 关 怀 ，消 防 装 备作 为 一 种 重 要 的 火灾 扑 救 手 段 ， 已 经在 消防 灭 火 救 援 中显 示越 来 越 重要 的 作 用。1.3灭火小车控制系统的目标本 设计 开 发 的 智 能 灭 火小 车控 制 系 统应 用范 围 十 分 广 泛 ， 设 计 的 灭 火 小 车应 该 能 够实 现 自 动 避 障 、 检测 火 源 、 吹 风 灭 火、 报警 等 功 能 ， 可通 过光 电 传 感器 的 监 控来 进 行 设 定 小 车 是否 前 进 。 本 设计 具有

26、很 好 的 开 发前 景， 将 会 受到 广大 安 全 防护 人 员 的 欢 迎 。石河子大学本科毕业设计（论文）3 第2章灭火小车控制系统介绍2.1灭火小车控制系统功能概述经 过开 题 期 间 的 文 献 查阅 和实 际 情 况 调 研 ， 了解 到 目 前 的 消 防 车的 研 究 与设 计 一 般采 用 的 方 案 大 都 为： 通 过 人 为 报警 ，再 由 消 防 人 员 开 着小 车 去 灭 火 。那 样 消 防人 员 会 随 时 面 临 着危 险 。 通 过 自 己 的想 法。 采 用 的 方 案为 ：通 过 火 焰传 感 器 、检 测 到 火 灾 发 生 地点 的 温 度 的

27、因 素 与其 标准 区 间 值 不 符， 系统 会 自 动派 出 无 人消 防 车 进 行 灭 火 等操 作 。该 控制 系 统 的 最 大 特 点：1.结 构 简 单2.体 积 小 、功 率低3.信 号 无 干扰 ，传 输 准 确 度 高4.成 本 低 廉5.安 全系 统各 个 功 能 模 块 简 介：1.避 障 模 块： 主 要 用 来 给 小 车做 导 航 避 开 障 碍 物前 进用 。2.电 源 模 块： 主 要 用 来 分 别 区分 给 单 片 机 与 电 机、 水泵 驱 动 模 块 供电 。3.火 焰 模 块： 主 要 用 来 对 火 焰传 感 器 给 单 片 机 传值 的功 能

28、。4.电 机 驱 动模 块 ：主 要 用 来 驱 动 两 个 减速 直 流 电 机 ，实现 小 车的 前 进 、后退 、 前 左转 、 前 右 转 、 后 左转 、 后 右 转 、 停 车等 功能 。5.风 扇 驱 动模 块 ： 主 要 是 用 来控 制 风 扇 是 否 吹 风， 来实 现 小 车 灭 火 功能 。图 2-1 灭 火 小 车 控 制 系 统 整 体 模 块 图单片机电池 模 块电机驱 动火 焰 检测 模 块光 电 传感模 块相 关 辅助 电 路灭 火 风扇 控 制模 块石河子大学本科毕业设计（论文）4 2.2 系统工作原理在 灭火 小 车 控 制 系 统 的设 计中 ， 工 作

29、 原 理 ： 首先 小 车 检 测 灭 火 传感 器 ， 是否 有 火 焰信 号 ， 如 果 没 有 ，小 车 往 前 行 走 。 在行 走的 过 程 中 光 电对 干电 路 检 测是 否 遇 到障 碍 物 ， 若 遇 到 障碍 物 ， 通 过 单 片 机控 制系 统 驱 动 电 机绕 开障 碍 物 ，若 无 信 号， 继 续 前 行 。 当 在行 走 的 过 程 中 检 测到 火焰 信 号 时 ， 单片 机控 制 小 车停 止 ， 同时 驱 动 风 扇 控 制 电路 ， 将 火 吹 灭 。2.3 主要设计内容用单 片 机 作 为 控制 核心 ， 设 计 一 个灭 火小 车 控 制 系 统。

30、设计 包 括 以 下 内 容 ：（ 1）自 动 沿 预 设 轨 道行 驶小 车 在 行 驶 过程 中， 能 够 自 动 检 测 预先 设 好 的轨 道 ， 实现 直 道 和 弧 形 轨 道的 前 进 。 若 有 偏 离， 能够 自 动 纠 正 ，返 回到 预 设 轨道 上 来 。（ 2）当 小 车 探测 到 前进 前 方 的 障碍 物时 ，可以 自 动报 警 调整 ，躲避 障碍 物 ，从 无 障 碍区 通 过 。 小 车 通 过障 碍 区 后 ， 能 够 自动 循迹 。（ 3）当 小 车到 达火 源地 后 ，自 动停 车同 时 启动 灭 火 风 扇进 行 灭火 ，消 除 火源 后 再 原路 返

31、 回 起 点 。2.4 本章小结本 章结 合 目 前 的 智 能 灭火 小车 控 制 系 统 对 当 前的 控 制 系 统 进 行 了概 述 ， 系统 具 备 的功 能 以 及 系 统 控 制的 工 作 原 理 ， 通 过阅 读本 章 内 容 可 对该 系统 有 一 个总 体 的 了解 。石河子大学本科毕业设计（论文）5 第3章系统硬件设计3.1硬件设计框图本 控制 系 统 硬 件 设 计 框图 3-1 如 下 所示 ：图 3-1 硬 件 设 计 框 图在 灭火 小 车 控 制 系 统 的设 计中 ， 以 单 片 机 为 控制 核 心 ， 用 了 一 片 l298n 用于 驱 动 两个 减 速

32、 电 机 。12v 电源 单 独 给 电 机 供 电，再 用 7805 把 12v 电源 降压 至5v 给 单 片 机供 电。首 先 单 片 机 根据 火焰 检 测 电 路 是否 有火 焰 信 号 ，来 判 断 小 车是 否 前 进。 如 果 没 有 该 信 号， 则 一 直 等 待 。 当产 生信 号 驱 动 小 车前 进， 若 遇 到障 碍 物 ，单 片 机 根 据 程 序 设计 的 要 求 做 出 相 应的 判断 送 给 电 机 驱动 模块 ， 让 小车 来 实 现前 进 、 左 转 、 右 转、 停 车 等 基 本 功 能。 到 达 火 灾 地 点 时， 单片 机 通 过晶 闸 管 导

33、通 风 扇 控 制 电 路 ，驱 动 风 扇 灭 火 。3.2硬件设计及主控芯片介绍在 灭火 小 车 控 制 系 统 的设 计中 ， 共 用 了 一 片 at89c52 单片 机 作 为 本 控 制 系统 的 主 控芯 片 ， 硬 件 设 计 模块 共 分 为 ： 避 障 模块 、电 机 驱 动 模 块、 电源 模 块 、火 焰 检 测模 块 、 风 扇 模 块 。3.2.1at89c52 主控 芯片 介绍at89c52 简介本 系统 的 核 心 部 件 at89c52是美 国atmel 公 司 生 产 的低 电压 , 高性 能cmos8 位主 控制器小车电机驱动避 障模块火 焰 检测 模 块

34、电 源 部 分灭 火风 扇电 机石河子大学本科毕业设计（论文）6 单 片 机 , 片内 含 2k 字 节 的 可 反 复 擦 写 的 只 读 程 序 存 储 器 (perom)和 128字 节 的 随机 存 取 数 据 存 储 器 (ram), 器 件 采 用 atmel 公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 储 技术 生产 ， 兼 容标 准 mcs-51指令 系 统 ， 片 内 置 通用 8位 中 央处 理 器 和 flash 存储 单 元 ，具 有 较 高的 性 价 比 。设 计本 着 应 用 性 ，因 此 选 择 at89c52单 片 机 作 为 本 控 制系 统的 中 央 处

35、理 器 。at89c52 包括 ：（ 1） 一 个 8 位微 处 理 器 cpu 。（ 2）片 内 数 据 存 储器 ram和 特 殊功 能寄 存 器 sfr。（ 3）片 内 程 序 存 储器 rom 。（ 4）两 个 定 时 / 计 数 器 t0、 t1， 可 用 作 定 时 器 ，也 可用 以对外 部 脉冲 进行 计数 。（ 5）四 个 8 位 可 编程 的 并 行 i/o 端 口， 每 个 端 口 既 可 作输入 ， 也 可 作 输 出。（ 6）一 个 串 行 端 口， 用于 数 据 的 串 行 通 信。（ 7）中 断 控 制 系 统。（ 8）内 部 时 钟 电 路。at89c52 单片

36、 机的 基 本 组 成 如 图 3-2 所 示 。时钟源系统总线t0 t1p0p1p2p3 txd rxdint0 int1cpu时钟电路并行端口串行端口中断系统sfr 和 ramrom定时/计数器图 3-2 at89c52 单 片 机 基 本 结 构at89c52 具有 如下 特 点 ：40 个 引脚 ，8k bytes flash片 内程 序 存 储 器 ，256 bytes的随 机 存 取 数 据 存 储器 （ ram ） ， 32 个外 部双 向 输入 / 输 出 （ i/o ） 口 ， 5个 中 断 优先 级 2 层 中 断 嵌 套中 断 ， 2 个 16 位可 编程 定 时 计 数

37、 器， 2 个全 双工 串行 通 信 口， 看 门 狗 （ wdt ） 电 路， 片 内时 钟 振荡 器。此 外， at89c52 设 计和 配 置了 振 荡频 率可 为 0hz 并 可 通过 软 件 设 置 省 电 模式 。空 闲 模 式 下 ，cpu暂停 工 作 , 而 ram定时 计数 器 串 行 口 ，外 中 断 系 统 可 继 续工 作 ， 掉电 模 式 冻 结 振 荡 器而 保存 ram的数 据 ， 停 止 芯片 其它 功 能 直 至 外 中 断激 活 或 硬件 复 位 。同时 该芯 片 还 具 有 pdip、tqfp和 plcc等 三 种封 装形 式以 适石河子大学本科毕业设计（

38、论文）7 应 不 同 产品 的 需 求 。at89c52 芯片 的 40 个 引 脚功 能 为 ：1. vcc ： 电 源 电压 。2. gnd ： 地 。3. p0 口 （ p0.0 p0.7 ） ： 该 端 口为 漏 极 开 路 的 8 位准 双 向 口， 它 为 外 部 低 8 位地 址 线 和 8 位数 据 线 复 用 端口 ， 驱 动能 力为 8 个 lsttl 负 载 。p1 口（ p1.0 p1.7 ） ：它 是一 个 内 部 带 上 拉 电阻 的 8位 准 双 向 i/o 口 ， p1 口 的 驱 动能 力为 4 个 lsttl 负 载 。p2 口（ p2.0 p2.7 ） ：

39、它 为一 个 内 部 带 上 拉 电阻 的 8位 准 双 向 i/o 口 ， p2 口 的 驱 动 能 力 也 为 4 个 lsttl 负载 。在 访 问 外部 程 序 存 储 器 时 ，作 为高 8 位 地址 线。p3 口 （p3.0 p3.7 ） ： 为 内 部带 上拉 电 阻 的 8 位准双 向 i/o 口 ，p3 口 除 了 作 为一 般的 i/o口 使 用之 外 ，每个 引 脚 都具 有 第 二 功 能 。图 3-3 at89c52管 脚 图p3 口 还用 于实 现 at89c52 的 各 种 功 能 ， 如 下表 3-1 所 示 。表 3-1 p3 口 各 功 能 对 照 表p3.

40、2p3.3位线引脚第二功能p3.010rxd （串行输入口）p3.111txd （串行输出口）12int0（ 外部中断 0 ）13int1（ 外部中断 1 ）p3.414t0（ 定时器 0的计数输入）p3.515t1（ 定时器 1的计数输入）16wr （外部数据存储器写脉冲）17rd （外部数据存储器读脉冲）p3.7p3.64.rst ：复 位 输 入 。rst 一旦 变成 高 电 平 ，所 有 的 i/o引脚 就 复 位 到 “1” 。当 振 荡 器正 在 运 行 时 ， 持 续 给 出 rst引脚 两 个机 器 周期 的高 电 平便 可完 成 复位 。每 一 个 机器 周 期 需 12 个

41、 振 荡 器或 时 钟周 期 。5.xtal1： 作 为振 荡器 反 相放 大 器 的 输入 和内 部 时钟 发 生器 的输 入 。6.xtal2： 作 为振 荡器 反 相放 大 器 的 输出 。3.2.2避 障模 块 方案设 计3.2.2.1用 光 电 对管 电路 的 设 计我 设 计 并 论 证了 两 种 光电 对 管 检 测 及 调 理 电 路， 电 路 原 理 图 分 别如 图3-4p1.0p1.1p1.2p1.3p1.4p1.5p1.6p1.7rst/vpdrxd/p3.0txd/p3.1int0/p3.2int1/p3.3t0/p3.4t1/p3.5wr/p3.6rd/p3.7xt

42、al2xtal1gnd1234567891011121314151617181920at89c524039383736353433323130292827262521222324vccp0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.7ea/vppale/progpsenp2.7p2.6p2.5p2.4p2.3p2.2p2.1p2.0石河子大学本科毕业设计（论文）8 图 3-5 所示 ：图 3-4 光 电 对管 检 测 电 路 1 图 3-4 所 示电 路 中，r1 起 限流 电阻 的 作用 ，当 有 光 反 射 回 来时 ，光 电 对 管中 的 三 极管 导 通 ， r2 的 上

43、 端 变为 高 电平 ， 此 时 vt1 饱 和 导 通 ， 三 极 管 集电 极输 出 低 电平 。当 没有 光 反 射 回 来 时 ，光 电对 管中 的 三 极 管 不导 通 ， vt1 截 至 ，其 集电 极输 出 高 电平 。vt1 在 该电 路 中 起 到 滤波 整形 的 作 用 。经 试验 和 示 波 器 验 证 ，该 电 路 工 作性 能一 般 ，输 出还 有 杂散 干 扰 波 的成 分。如 果 输 出加 施 密 特 触 发 器 就可 以 实 现 良 好 的 输出 波形 。但 是这 种 电 路 用 电 量 比较 大， 给此 种 传 感 器 调理 电路 供 电的 电 池压 降较 快

44、 。究 其 原 因， 是 因 为 光 敏 三 极管 和 三 极 管 vt1 导 通时 的 导 通 电 流 较 大。因 此我 考 虑 用 比 较 器 的方 案。图 3-5 光 电对 管检 测 电 路 2 在 图 3-5 中，可 调 电阻 r3 可 以调 节 比 较 器 的 门 限电 压，经 示 波器 观 察，输出 波 形 相当 规 则 ， 可 以 直 接够 单 片 机 查 询 使 用。而 且经 试 验 验 证 给 此 电路 供电 的 电 池 的 压 降 较小 。 因 此 我 选 择 此电 路 作 为我 的 传 感器 检 测 与 调 理 电 路。该 模块 在 整 个 系 统 中 也起 到很 大 的

45、 作 用 ， 小 车能 否 顺 利 地 避 开 障碍 物 顺 利石河子大学本科毕业设计（论文）9 到 达 火 源处 全 靠 避 障 模 块 的处 理 性 能 的 快 慢 了。 通过 查 阅 相 关 资料 ，找 到 了 一下 两 种 可行 性 方 案 ：3.2.2.2 避 障 模 块 方案 的 设 计方 案 1： 小 车 车 头 处 装有 三个 光 电 开 关 ，中 间一 个 光 电 开 关 对 向正 前 方 ，两 侧 的 光电 开 关 向 两 边 各 分开 30 度 。 小 车在 行进 过 程 中 由 光 电 开关 向 前 方 发 射出 红 外 线， 当 红 外 线 遇 到 障碍 物 时 发

46、生 漫 反 射， 反射 光 被 光 电 开关 接收 。 小 车根 据 三 个 光 电 开 关 接 受 信 号 的 情 况 来 判 断 前 方 障 碍 物 的 分 布 并 做 出 相 应 的 动作 。 光 电开 关 的 平 均 探 测 距离 为 30cm。方 案 2： 用红 外 光 电 开 关 st178 进 行避 障 。 光 电 开 关 的工 作 原 理 是 根 据 投光 器 发 出的 光 束 ， 被 物 体 阻断 或 部 分 反 射 ， 受光 器最 终 据 此 做 出判 断反 应 ， 是利 用 被 检测 物 体 对 红 外 光 束的 遮 光 或 反 射 ， 当检 测到 有 障 碍 物 的时

47、候， 光 电 对管 就 能 够接 收 到 物 体 反 射 的红 外 光 ， 其 物 体 不限 于金 属 ， 对 所 有能 反射 光 线 的物 体 均 能检 测 。 光 电 对 管 st178 操 作 简 单， 使用 方 便 。 当 有 光 线反 射 回 来 时 ，输 出 低 电平 。 当 没 有 光 线 反射 回 来 时 ， 输 出 高电 平。方 案 3： 直 流 驱动 红外 探 测 器 电 路 的 设计 与 参 数 计 算 电 路如 图所 示 。 w1和r1 及 v1 构 成 简 单 直流 发 光 二 极 管 驱 动电 路 ，调 节 w1可 以 改变 发 光 管 的 发光 光强 ， 从 而调

48、 节 探 测 距 离 ， ne555 及 其 外 围元 件构 成 施 密 特 触 发 器， 其 触 发 电 平可 通 过 w2 控 制 ， 接 收 管 v2 和 电 阻 r2 构 成 光电 检测 电 路 。 通 过 ne555 第 3 脚输 出 的 ttl 电 平 可 以 直 接 驱动 单 片 机 i/o 口 。 由 于 555 输 出信 号 为 ttl 电平 ，单 片 机 检测 方 便 。图 3-6 避 障 电 路 图考 虑到 本 系 统 只 需 要 检测 简单 障 碍 物 ， 没 有 十分 复 杂 的 环 境 。 为了 使 用 方便 ， 便 于操 作 和 调 试 ， 我 最终 选 择 了

49、方 案 3。3.2.3驱动电 机系统方案设计方 案 1：采 用 专用 芯 片 l298n作为 电机 驱 动 芯 片 。 l298n 是 一 个 具 有高 电石河子大学本科毕业设计（论文）10 压 大 电 流的 全 桥 驱 动 芯 片 ，它 相 应频 率高 ，一 片 l298n 可 以分 别 控 制 两 个直 流电 机 ，而 且还 带 有控 制 使 能 端 。用 该 芯片 作 为 电 机 驱 动 ，操 作 方 便，稳 定 性好 ，性 能 优 良。l298n是 sgs 公司 的产 品 ，内 部包 含 4 通 道 逻辑 驱动 电 路。是 一 种 二相 和四 相 电 机的 专 用 驱 动 器 ，即 内

50、 含二 个 h 桥的 高 电 压 大 电 流 双全 桥 式 驱 动 器 ，接收 标 准 ttl 逻 辑电 平信 号 ，可 驱动 46v 、2a 以 下的 电 机。其 引脚 排列 如 图 3-7中 u4 所 示 ，1 脚 和 15 脚 可 单独 引 出 连 接 电 流 采样 电 阻 器 ，形成 电 流传 感 信号 。l298 可 驱 动 2 个电 机 ，out1 、out2 和 out3 、out4 之 间 分 别接 2 个电 动 机 。5、7、10、12 脚 接 输 入 控 制电 平 ，控 制 电机 的 正 反 转 ，ena ，enb 接控 制使 能端 ，控 制电 机 的 停 转 。也 利 用

51、 单 片 机 产 生 pwm 信 号 接 到 ena ，enb 端 子，对电 机 的 转速 进 行 调 节 。 1 l298n的 逻 辑 功能 ：表 3-2 sharp gp2d12实 物 图2 外 形 及 封 装 ：图 3-7 l298n实 物 图方案 2：对 于直 流 电 机 用 分立 元件 构 成 驱 动 电 路 。由 分 立 元 件构 成电 机 驱 动电 路 ， 结构 简 单 ， 价 格 低 廉， 在 实 际 应 用 中 应用 广泛 。 但 是 这 种电 路工 作 性 能不 够 稳 定。因此 我 们 选 用 了方 案 1。驱动 电 路 的 设 计如 图 3-8 所 示：石河子大学本科毕

52、业设计（论文）11 图 3-8 驱 动 电 机 模 块 原 理 图3.2.4电源系 统方案设计由 于本 系 统 需 要 电 池 供电 ，我 考 虑 了 如 下 集 中方 案 为 系 统 供 电 。方 案 1： 采 用 8 节 1.5v 干 电 池 供 电 ，电 压 达到 12v，给 支 流电 机 供 电 ，然后 将 12v 电 压 再 次 降 压 、 稳压 后 给 单 片 机 系 统和 其 他 芯 片 供 电 。并 且电 池 的 价格 比 较 低。方 案 2：采 用 3 节 4.2v 可 充电 式 锂 电 池 串联 共 12.6v 给直 流电 机 供 电 ，经过 7812 的 电压 变 换后

53、给 支流 电机 供 电，然 后 将 12v 电 压 再 次 降压 、稳 压 后给 单片 机 系 统和 其 他 芯 片 供 电 。锂 电 池 的 电 量 比 较足 ， 并 且 可 以充 电， 重 复 利 用 ，因 此 ， 这种 方 案 比 较 可 行 。但 锂 电 池 的 价 格 过于 昂贵 ， 使 用 锂 电池 会大 大 超 出我 的 预 算， 因 此 ， 我 放 弃 了这 种 方 案 。方 案 3： 采 用 12v 蓄 电池 为 直 流 电 机 供 电， 将 12v 电 压降 压 、 稳 压 后 给 单片 机 系 统和 其 他 芯 片 供 电 。蓄 电 池 具 有 较 强 的电 流驱 动 能

54、 力 以 及稳 定的 电 压 输出 性 能 。但 蓄 电 池 的 体 积 过于 庞 大 ， 在 小 型 电动 车上 使 用 极 为 不方 便，综 上考 虑 ， 我 选 择 了 方案 1。采 用稳 压 芯 片 给 各 个 芯片 提供 稳 定 的 工 作 电 压， 其 芯 片 的 具 体 参数 如 下 ：稳 压芯 片 lm7805cv、 lm7812cv 1 lm7805cv 的 技 术 指标 如 下 表 ：表 3-3 稳 压 芯 片 7805 参 数石河子大学本科毕业设计（论文）12 2. 电源 模 块 电 路 原 理 图由 于单 片 机 及 所 有 的 传感 器系 统 供 电 采 用 的 是

55、5v 的电 源 ， 而 车 体 要 良好 的运 行 电 机 的 供 电 电 压 应 该 达 到12v， 所 以 在 电 源 的 处 理 上 采 用 了 稳 压 芯 片7805cv 和 7812cv。图 3-9 电 源 部 分 电 路 图通 过对 比 三 个 方 案 ， 发现 第三 个 方 案 要 比 前 两个 更 加 的 可 靠 稳 定， 这 一 点对 灭 火 机器 人 的 性 能 的 发 挥很 重 要 。 所 以 ， 选择 第三 种 方 案 。3.2.5火焰检 测系统设计方 案 1：火 焰 传 感 器 是 模拟 传感 器 。它 利 用 红 外 敏感 型 元件 ac4067 对红 外信 号 强

56、 度的 检 测 并 将 其 转 换为 机 器 人 可 以 识 别的 信号 ， 从 而来 检 测 火 焰 信 号 。如 下 图 为火 焰 传 感 器 电 路 。图 3-1 0 火 焰 传 感 电 路火 焰传 感 器 可 以 用 来 探测 波长 在 700nm 1000nm 范 围 内的 红 外 线 ， 探 测 角度 为 60&ordm ； ，其 中 红 外线 波 长 在 880nm 附近 时 ，其 灵 敏 度 达 到最 大 。红 外 火焰 探 头 将外 界 红 外 光 的 强 弱变 化 转 化 为 电 流 的变 化， 通过 a/d 转 换 器反 映为 0255 范 围 内 数 值 的 变

57、化 。外 界红 外 光 越 强 ，数 值 越 小；红 外 光 越 弱 ，数 值越 大 。在 机 器 人设 计 中 ， 红 外 火 焰探 头 起 着 非 常 重 要的 作 用 ， 它 可 以 用作 机器 人 的 眼睛 来 寻 找火 源 或 其 他 物 体 。利 用 它 可 以 制 作 灭火 机 器 人 、 足球 机 器 人 等 。石河子大学本科毕业设计（论文）13 3.2.6车体方 案设计方案 1：购 买 玩 具电 动车 。购 买 的玩 具电 动 车具 有 组装 完整 的 车架 车 轮 、电机 及 其 驱动 电 路 。 但 是 一 般的 说 来 ， 玩 具 电 动车 具有 如 下 缺 点 ：首

58、先， 这 种 玩具 电 动 车由 于 装 配 紧 凑 ， 使得 各 种 所 需 传 感 器的 安装 十 分 不 方 便。 其次 ， 这 种电 动 车 一般 都 是 前 轮 转 向 后轮 驱 动 ， 不 能 适 应该 题目 的 方 格 地 图， 不能 方 便 迅速 的 实 现原 地 保 持 坐 标 转 90 度甚 至 180 度 的弯 角 。再 次 ，玩具 电 动 车 的 电 机 多为 玩 具 直流 电 机 ， 力 矩 小 ，空 载 转 速 快 ， 负 载性 能差 ， 不 易 调 速。 而且 这 种 电动 车 一 般都 价 格 不 菲 。 因 此我 们 放 弃 了 此 方 案。方案 2： 自 己

59、 制作 电 动车 。经过 反 复考 虑论 证 ，我制 定了 左 右两 轮分 别 驱动 ，前 万 向 轮转 向 的 方 案 。 即 左右 轮 分 别 用 两 个 转速 和力 矩 基 本 完 全相 同的 直 流 减速 电 机 进行 驱 动 ， 车 体 前 部装 一 个 万 向 轮 。 这样 ，当 两 个 直 流 减速 电机 转 向 相反 同 时 转速 相 同 时 就 可 以 实现 电 动 车 的 原 地 旋转 ，由 此 可 以 轻 松的 实现 小 车 坐标 不 变 的 90 度 和 180 度 的 转 弯。在 安 装 时 我 保 证两 个 驱 动电 机 同 轴 。 当 小 车 前 进 时， 左 右

60、 两 驱 动 轮 与 前 万向 轮 形 成了 三 点 结 构 。 这 种结 构 使 得 小 车 在 前进 时比 较 平 稳 ， 可以 避免 出 现 后轮 过 低 而使 左 右 两 驱 动 轮 驱动 力 不 够 的 情 况 。为 了防 止 小 车 重 心的 偏移 ， 前 万向 轮 起 支撑 作 用 。对 于 车 架 材 料 的 选 择 ， 我 们 经过 比 较 选 择 了 有 机 玻璃 。 用 有 机 玻 璃 做 的 车架 比 塑 料车 架 更 加 牢 固 ， 比铁 制 小 车 更 轻 便 ，美 观。综 上 考 虑 ， 我 们 选择 了 方 案 2。3.2.7风扇模 块设计灭 火风 扇 的 驱 动 电