【基于STC89C52单片机的洒水小车设计9800字（论文）】

摘要随着我国现代科学和信息技术的不断迅猛发展，各种危险场所避免不了的火灾频繁发生，对日常生活中的人们造成了很多安全隐患。所以火灾的预防和补救刻不容缓，消防员救援速度固然很快，但是仍然需要一段时间来到达现场进行救援，而且在实施救援时还可能危险到生命安全，于是就有类智能洒水洒水小车的理念。本次设计的最终结果是设计出一款基于STC89C52单片机的智能洒水小车。智能洒水小车可以实现的功能有寻迹灭火功能和避障灭火功能。本设计所采用的设计方法是硬件模块化和程序模块化的设计理念，整个系统包括了寻迹模块，避障模块，灭火模块和电机驱动模块。研究表明，能够在指定范围内进行寻迹灭火和避障灭火作业，实现了在环境恶劣的情况下灭火的操作，有效的降低了相关工作人员在工作时的危险性，具有一定的实践意义。【关键词】STC89C52避障寻迹小车1课题总体介绍1.1课题介绍在所有自然灾害中，我们可以说火灾是自然灾害，我们的公共安全和社会进步具有极大的破坏性。火在城市和乡村同样多，因时间的不同而造成的影响也各不相同。由于城市化和经济发展，火灾和发生的严重事故相互作用。为了更好地解决这些问题，必须先把灭火器弄得更好一些。在所有灭火器中，消防车被认为是处理各种火灾的最有效的一种。现代工业技术的不断进步和科学信息技术的发展的很大前提下面，大多数工业技术正向着过时的智能自动化发展迈进。现代技术可以生产智能汽车和工业船。到目前为止，研究的焦点一直在智能车上在控制自动方面。集计算机、通信、自动控制、现代人工智能等领域于一体的设备是智能车辆系统的鲜明的优势。本设计采用STC89C52芯片作为智能洒水车的主控制器，传感器采用红外跟踪传感器和避障传感器，使车辆在指定道路上行走时能够找到火源，避开障碍物，自动灭火。此外，该设计本身具有基础和实际应用的优点。基于此研究，可以对其进行改进和修改，使其更加的多功能和方便人使用。在理论上，智能跳跃者为未来消防车的发展提供了基础和理念，而且在一定程度上适合于未来的智能小车发展。1.2课题目的及意义在中国的早期开放阶段，大多数中国消防车辆都依赖于进口产品，但自此以后，它们的发展速度很快，并且取得了惊人的成果与进步，因为中国的技术进步意义非凡。但对智能汽车和其它某些发达国家的研究依然存在着不同的地方，这种研究体现在对进口的依赖上。2002年，美国科学部启动了“第十五五年计划”及对相关研究机构和汽车制造商的整合及研发新研究方法比如，大学因为他们利用自己的优势，刺激智能汽车行业的快速发展，这一潜在市场会在非常短的时间内从更为有利的位置升级。此外，像美国和西欧这样的国家非常重视智能汽车的开发，而像美国和西欧这样的发达国家则居住在亚洲，投资众多能源和材料。美国实施了全球道路安全行动计划，欧洲紧接着实施了道路安全行动计划，而日本已经成为美国的目标，并实施了特殊的超级智能汽车系统。特别值得注意的是，智能消防车的发展相对迅速。计划像美国和欧洲那样，将智能的消防系统引向一个智能的，节约的，明智的，广泛的发展方向。因此，我们可以设想未来可持续发展和可持续技术发展，利用智能汽车技术和产品。随着现代科技和交通网络的发展，世界越来越多的国家都关注于智能纵火车。当前中国科学和技术发展的第一手经验让我们得以减轻工作和生活的强度、灵活性和快乐，并在很大程度上减少了火灾导致的伤亡。智能消防车安全的技术要求在未来几年将大大提高。在不久的将来，人们对于智能消防车的认识和应用将成为重要研究目标的基石和对后来升级的明亮灯塔，并在继续推动人类社会的进步的道路上越走越远，越走越亮。1.3主要研究功能本课题基于STC89C52单片机物联网智能的消防安全系统设计，所需元器件包括火焰传感器，烟雾气敏传感器，继电器，亚力克版，温度湿度传感器，继电器，按键开关，储水器，阀口开关，喷水孔，蜂鸣器，红外避障传感器。本课题基于STC89C52单片机物联网智能的消防安全系统设计具体功能如下：1.烟雾报警：通过烟雾气敏传感器采集数据通过单片机控制蜂鸣器发出警报2.自动寻找火源源：通过红外以及温湿度传感器实现3.自动避障：通过红外避障传感器的信息收取通过单片机的相关功能实现避障4.喷水灭火：单片机实时收集火焰传感器的信息控制阀门开关，打开喷水开关，通过喷水孔实现灭火。

2设计方案2.1设计方案选择方案一:当然,但是STC12C5612AD的小车,收到了IO口代替了,但少一些功能,功能上看,但始终没有只是空间,这也是远看得,我们节省了原材料的地方,但消耗了高通量高干扰因素。可惜这辆车不够满，装不了完美的功率。所以我们无法继续方案二:以STC89C52RC单片机为主控制器的灭火小车，这是一个STC的完美驱动器，由微软推动，一个将传统的80素系统和新技术连接起来的、功能良好的驱动器，这装置有40个零行码，使六小时和十二小时可以选择任意代码。2.1.1CPU芯片选择STC公司采用STC89C52作为主要控制器，生产高性能、低功耗的8位单片机，尤其适合8K系列的Flash内存和40脚32接口。晶体振荡器，工作频率在0-40毫赫之间。STC89C52是常规MCS-51微控制器的核心，其核心部分为STC89C52。在此基础上，对51微处理器进行了更新和升级，以满足51微处理器所没有的多种特殊功能。该系统的主控制器是STC89C52，具有8位可编程CPU和Flash内存。STC89C52在很多嵌入式系统中都能得到广泛的应用。2.1.2小车底盘选择选用的材质是汽车的主板，亚克力板，易于使用。选择的引擎是一台黄色的L293D引擎，它有两个橡胶轮子和一个多用途的轮子。亚克力因其材质的耐久坚固并且价格相对便宜，重量相对较轻。汽车的主板的不二之选是亚力克板。L293D引擎价格上的优势（便宜好用），工作更准确。车辆可以在已经设定完好的区域内行驶。橡胶轮和通用轮可以地调整车辆的方向，保证车辆的行进的灵活。在小车底部有一个外壳、一个L293D电动车、和橡胶轮胎等。焊接装置的控制部分尤其适合驱动车头。方案一：把锂电池做为新车涂成油画绘图难，在车里打上小洞同时产生的轮胎也同样的效应也就是用代价造成的不是为了生产而耗费很多时间，专业性的产品本身并不准确，因为它使轮胎无法或困难透支，因此难于繁琐。方案二：请在网络上找到适合的模型，在附近的集市上。底盘由4毫米亚克力材质制成。它的大小是200毫米*130毫米。总览的范围很大。车身上设有多个可拆卸的开口，方便装配。两个橡胶轮子的轮子连接在一个普通的轮子上。轮胎采用高品质的橡胶，抗滑性能优于塑胶轮胎。多功能的轮子使汽车转向更加方便。本设计综合考虑了功能实现、生产成本和精确性等因素，提出了第二个方案。2.1.3火焰传感器选择火焰传感器是一种专精于寻找智能喷雾火源的传感器。智能汽车喷雾器对与同时完成火灾探测和灭火功能的主要功能，这很大程度上取决于感应器有多敏感用红外线探测器的智慧喷雾器红外线感应器可以检测波长从700纳米到1000纳米，检测的范围从60度到0-1米精度。灭火器的关键在于灭火器的使用质量和质量取决于系统的缺陷。主办单位所采用的防火传感器测量距离760纳米至1100纳米，采用60度左右的角度，也就是说，可以使用数字一会处理这些感应器。在LED屏幕上显示出了非常的利于肉眼的查看，并且由于其螺栓相对固定，因此安装方便。火焰传感器是灭火小车用来寻找火源的传感器，能否实现小车寻找火源以及消灭火源就取决于火焰传感器对于火源的探寻。方案一：选取烟雾传感器，烟雾传感器是一种现实生活种很常见并且运用很多的火焰报警检测器。这种传感器不是一种直接检测的传感器，它是一种由发光器件和受光器件组合而成的探测器。为了节约成本、使用便利性，本方案使用了灭火箱。烟尘粒子会导致光扩散，从而使受光器内的光电流发生，从而实现信号与信号的转换。一种基于火情判定的传感器电信号反馈探测设备。遗憾的是，该系统并不适用于该系统。由于该系统仅能侦测到较大的烟尘，因此本系统的设计目标就是要消除火灾中的生物征，避免灾害。另外，由于本设计所采用的是一根蜡烛作为模拟火焰的来源，所以该设计中没有烟雾感应器。方案二：紫外线传感器，在几十个化学工厂和仓库里我们经常看到这种传感器。此外，在火灾或爆炸的特定时间内，紫外线能迅速发出具有高反应能力、反应能力的辐射，因此工业设施内有专门的紫外线感应器。不过，由于维护所需要的外延频率极高，加上充裕度令人难以置信的多不胜数和索测域，因此资源的内部调控相对均匀。所以在这个设计里没有传感器方案三：就能选择具有更高敏感性的数字防火传感器。距离在60英尺由敏感度调整阻力可以使用，但化学也可以利用现有方法，利用现有方法，70纳米接近1零纳米。方法可以以60度角度显示。案三。本次设计决定将火焰传感器安装在小车车头。红外火焰传感器对火焰所散发的所有波长都非常的敏感，并且火焰在自然光照下也拥有一定的灵敏度，正常的情况下，灵敏度将用的发挥可以作火灾报警装置的本质。在车辆运行过程中，红外火焰传感器通过比较器将检测信号传输给芯片，小车的主要功能单元通过编写好的程序将检测信号转换成数字化的火焰，然后驱动电机给水泵信号使水泵工作，通过设定好的路径喷水，最后扑灭火源。2.1.4小车避障探测器避障是我此次小车设计的重要组成部分。要确保车辆正常运行，探测火源，实现灭火的操作。方案一：选择超声波避障传感器，选择超声波避障的原因是基于超声波高于20kHz的原因，人类的耳朵听力不能接受感知到，声波的速度人类已经知晓，只是需要计算一下时间直接的差别就能计算出测量的距离，结合发射器和接收器的距离能算出物体与物体之间的实时实际的距离。方案二：红外避障传感器，红外避障传感器是一种集红外发射和接收功能于一体的光电传感器。由于设计的要求需要重新调整和放大发射的红外光。接收头处的接收器因为其特殊位置减少了反射光和输出光，从而避免了可见光的干扰。根据红外探测器的亮度、颜色等特性，不同物体的探测时间和距离也会有所不同，就比如红外探测时间和距离较长，黑色和黑色物体之间的红外探测时间和距离较短。所以，本着实用的要求根据需要自动调整尾部电压旋钮与障碍物检测之间的距离。可以得出优点是检测范围准确，可见光干扰小，成本低，安装使用方便。 从精准度和方便安装的方面考虑，最终采用了了方案二2.2最终设计方案结合以上的考量最终方案的选择为如下：设计为三个功能电路：跟踪电路、避障电路和灭火电路。根据车辆的具体工作模式，信号由相应的传感器模块检测。在跟踪模块中，车辆按照指定的路径运行，通过跟踪传感器检测是否存在与之相关的黑线信号，并将信号返回给单片机进行信号处理，以便车辆能够实现跟踪功能，同时传感器检测是否存在着火焰的信号，如果有火焰信号，车辆将停止行动并驱动水泵灭火。在车辆在特定区域行驶的避障模块中，可以使用两个避障传感器来检测车辆前方有没有障碍物，并将信号接收到电路的处理中心。最终由主控制器由单片机处理，驱动电机作相应的改变，使车辆避开障碍物。当车辆在避障过程中行驶时，火焰传感器感知到了返回光的波长，将感知到的波长与相应的火焰波长进行比较，并将识别信号返回给单片机，单片机处理后接收信号，可实现车辆火灾跟踪、避障、灭火等功能。3硬件电路设计图3.0为整体电路图图3.0整体电路图3.1控制器模块设计本次设计选用的是STC89C52单片机，相比较之下，它比51单片机多了更多的定时器，能够更好的实现各个模块功能。其实物图如图3.1所示。图3.1STC89C52的实物图Proteus中STC89C52单片机的外部总线结构如图3.2所示。图3.2STC89C52引脚排列该系统采用了多路多路多路，1.5路可对Pin型火焰传感器进行控制。这种设计采用了两种P3型追踪传感器。P-35个，6个，分别控制左右两个探测器。当左右驱动的次序是1时，端口0被用来控制左前方驱动。右前方驱动电机的控制是1。将正确的驱动器反转到1。车辆的正反方向和反向方向的开口是由决定与车辆有关的传动控制销的高水平而决定的。3.2驱动模块设计在此基础上，利用直流电动机的转速来调节和控制电动机的转速。该设计为L293D的动力传动系统。L293D驱动器与TTL或DTL连接，用以控制电感器和负载，包括电力线圈驱动继电器，直流和其它高速步进马达，和多相驱动的超级大功率的光电三极管电源开关，COMS电阻很高，不需要驱动信号的输入，所以适合多种I/O端口。这种电路占用空间小，控制方便，过热保护性能好。L293D马达是采用SGS上的DC马达来制作H桥型集成电路的又一种方法。图3-3中显示了L293D驱动组件的电路。如图3.3所示。图3.3L293D电机电路原理图图3.3.1复位电路复位电路的作用是来使电路从其他状态恢复到起始状态的电路设备，复位电路的操作原理与我们日常用的用于计算的计算器功能差不多。本设计是制作一辆智能灭火小车，这个设计的目的是制造一部聪明的消防车辆。救火车辆最基本的作用就是运动，但是要有一台救火车，就得靠轮子转动来带动轮子的转动，所以大家都知道，要选好司机很重要。在此基础上，对两种情况进行了全面的分析，以达到准确的位置和轨迹。方案一：采用步进马达作传动装置。此步进电动机起动、换向性能优良，结构简单，造价低廉。该方法能够准确地确定汽车的位置和距离，并对汽车的寻火性能进行良好的引导。但在高速运行时，扭矩损耗大，在低速时容易产生抖动，且精度不高。因此，在实际工作中，工作速率不能太快，效率也不能太夸张，这与本设计对系统的某些要求不符。方案二：选择DC-TT。该电动机具有5-9V的支撑电压，并且具有1:48的极限比率。该电动机采用接触式碳刷，并装有防干扰磁环。由于电动机的突然起动和电弧干扰，能有效地抑制变阻器的转子电阻，防止了误触发和信号失效。碳刷可以有效地减少马达的噪声，在马达启动时，提供更多的电流，增加马达的功率。总之，第二种方法更符合本设计的功能需求。所以，通过对两台电动机的状态进行控制，可以实现汽车的转向。根据图3.3可发现，电机M1和M2分别由左销和右销控制，电机M1的反向旋转由3和6销控制。VSS给予电机工作时所需要的电压，整个系统提供的电压为VCC所提供的5V。图3.3.2为电压供电电路图3.3.2电源供电电路3.3寻迹模块设计我设计了一个追踪模块，用以确定旅行路线，寻找火源以及扑救过程。其目标是检测和扑灭已存在的火灾，而不会出现严重的意外。这种设计利用了两条沿着黑色线条的线路来标识汽车。采用了具有较高抗干扰性、可调节灵敏度和稳定性的红外探测器。在图3-4中显示了追踪图：图3.4路寻迹电路原理图微型车的红外感应器出了解决方法。检测模块中的红外传感和跟踪模块不仅能适应光环境，还具有一对专用的红外信号接收管和发射管。优化了比较器的控制电路对光源的反应后，感知传感器信号的输入和输出可以同时输出很多的数字信号。还有，检测距离可通过单片机上与之对应的电压控制手柄进行调整。这种传感器可广泛应用于2到60cm范围内，3.3V到5为工作电压V。两种情况下，跟踪电路中的黑色传感器线圈一般是由两个位置不同的传感器所驱动。在感知的过程中，当左右跟踪传感器探头都感知不到信息时，根据智能小车的实际运行速度检测到左右跟踪传感器探头的黑色信号后，驱动智能小车前进。每个功能模块的总体框架如图3.5所示。STC89C52STC89C52寻迹模块电机驱动寻迹模块电机驱动控制器避障模块控制器避障模块传感器灭火模块传感器灭火模块图3.5系统的结构框图交通车辆必须克服某些障碍的事实是这一设计的重要内容。整个过程在进行中是非常重要的。方案一：拨一个红外线探测器这是一种由复杂反射器连接的热感保护机制，即集成于红外感应器并接收信号的热感器。如果接收器发出的红光遇到红光的反射，那么接收器发出的红光就如同障碍物。信号传送到主控制塔可以让车体避开距离系统会决定下一步该怎样走你用来确定距离的功能也随着改变电路板的按钮而改变。红外线感应器非常适合超强的夜间侦测器拥有着不易被干扰，占空间小，低功耗，成本实惠，重量的轻巧，使用方便等优点。方案二：选择超声波避障传感器，超声波传感器的安装非常简单，价格很便宜，而且普通人也能上手。有很高的灵敏度，对环境的要求不高，可以在多种光线条件下进行工作，不会受到烟雾的影响，并且满足大部分的不能接触性检测的需求。缺点是它对小物件的探测很有限，原因是小物体对声波的反射不能够刺激传感器的反应，超声波角度与形状不同，可以使声波偏离感应器的方向，留下错误的痕迹。设计所产生的声音其实是影响墙体的噪音。此外，感应器的数量也太小了，因为传感器是同时运作的，所以射击信号和电反馈效应恰到好处。遇到这种情况，地形设计简单、不易复杂，因此安装了一组传感器，便于处理和校准。首先，在设计中使用了多个障碍，方便了系统的安装与调试。

4系统软件设计图4.0为洒水小车总体流程图该单元流程图都是用Draw.io所绘制。图4.0洒水小车总体流程图4.1主要软件系统设计本系统以KeilC51为核心，主要用于软件的开发与调试。首先，编制并修改了应用软件及各功能模块，完成了主程序的编制。利用KeilC51软件来创建一个工程，为编程建立一个工程，随后再进行调试。如果你能顺利地进行调试，就能用MCU进行程序设计。下面的图表4.1显示了该程序的编译。图4.1KeiluVision4软件运行界面4.2各模块程序设计4.2.1寻迹模块程序设计小型车辆追踪设备可以在现场找到一条黑线。小车行驶过程种两边的跟踪传感器检测行驶过程中预设的范围内是否有黑色信号。当跟踪传感器勘察道路到黑色信号时，比较完成后的信号被发送到CPU，CPU处理该信号，接下来CPU控制车辆做出前进或者停止修正路线调整如果任何探头检测到来自黑线的信号，CPU控制车辆保持直线。当CPU同时检测到两个传感器引起的信号电平变化时，表示车辆左右两侧不会直接面对黑线；这辆车是直的。跟踪模块的程序框图如图4-2所示。图4.2寻迹模块程序流程图4.2.2避障程序设计该系统是一种用于避障的红外探测器。它的核心是一个红外探测器，它包括一个红外接收机和一个红外线发射机。试验结果令人满意。智能洒水车会追踪程式，以避免行车，当其中一台红外线感应器侦测到回波及回波时，会自动持续持续地发出与输出红外线，并时刻监测周边环境，进行红外线扫描，出现红外线之差，表示前方有障碍物，中央电脑会即时处理该讯号，让引擎作出最优的调整，以规避障碍。小车两侧的避障传感器没有收到障碍物的信号，CPU就会通过调节相对应的程序来让小车继续行驶；智能洒水小车遇到障碍物的情况，CPU会迅速将从红外避障传感器中发送过来的信号进行处理，接下来相关程序就会让洒水小车的电机做出对应的调整，最后就能实现避开障碍物的功能。避障的程序流程图如图4.3所示。图4.3智能洒水小车避障程序流程图。在避障的过程中，小车会优先选择火源较近的那一方，例如小车在实现避障功能时，左侧红外火焰传感器探测到火源的信号时，智能洒水小车将实现转向左侧去寻找火源，而不是去其他地方找寻火源。4.3小车灭火流程智能洒水小车的运动依赖于电机的驱动，让智能洒水小车在已经设定好的空间里进行移动。通过对传感器的扫描运动，可以对地面上存在的火灾、障碍物进行识别，并将探测到的信号进行放大、比对，并将其传输至STC89C52控制器。CPU根据所收到的信息，对电动机、水泵进行控制，以便在运行过程中发现火灾。另外，在无火源的情况下，可以通过感应火焰探测器探测到智能喷雾车。火源接收到信号，表示前面有火。根据STC89C52编写的灭火程序，对消防水泵的起动进行控制。图4-4示出了该工具的基本工作流程。图4.4小车基本功能流程图5系统调试与分析5.1智能洒水小车的制作过程现在，喷灌车辆每个月都用不了多少时间。在实际生产中，需要大量的物联网设备和焊接试验设备。同时，在实际生产中也出现了很多新的问题。(1)起始期。经过不到一星期的准备工作，你就可以利用现有的部件，从网上获得信息，并按自己的需求购置相应的原始设备。(2)单点焊。所有用于此设计的感应器和执行机构都要手工焊接。有关的设备也从有关的商店中采购，这些设备是帮助老师们把线路连接起来的关键。(3)装置的装配。该方案所采用的传感器有：红外线数字传感器、避障传感器、跟踪传感器等。第一个步骤是把轮胎和ASIC的主板相结合，然后在轮胎的两边焊上马达，这样就可以完成汽车的主机框架。在第二阶段，将各传感器分别安装到各自的喷嘴，中央处理器则安装在喷嘴的上部。第三个步骤是将传感器芯片与相应的插针与专用导线进行连接。首先，对车辆的涂装进行了设计，并进行了初步的装配。（4）程序编写。各种功能程序是小车完成多种功能的重心，而编程则最为重要。本次程序编写，最开始是从网上下载一些功能差不多的程序，然后在这个基础上根据自己的需求于创新进行改进与实现。（5）后期实物测试。完成智能洒水小车的软硬件整体设计之后，就是对洒水小车进行各个电路的测试工作。小车的测试中，利用纸箱作为边界，黑线作为寻迹的路线，路途中设计小物件作为障碍，实现过程中应该实现的功能有避障功能、寻迹功能和灭火功能。图5.1为洒水小车。图5.1洒水小车5.2智能洒水小车的后期调试5.2.1调试问题汇总本次设计遇到了很多之前没有遇到的问题，在此罗列出一些典型问题。智能洒水小车进行避障功能的测试时，汽车之间的障碍，有时会突兀地发生不可测的情况，从而导致与其发生碰撞。针对该问题，本文对红外探测器避障距离的初步判定进行了探讨。然后，在主板上改变避障传感器的位置，以获得不同的效果。查明了问题所在，经过调节红外避障传感器的间距有效的解决了该问题。智能洒水车测试灭火功能时，水泵不工作；当汽车不面对火源时，水泵有时可以独立工作。为了解决上述问题，刚开始感觉是传感器在接收光源时干扰了其他的光，所以导致这样的结果。在查阅相关文献并向老师寻求帮助后，在检查其他射线是否受影响之后，点火装置意外地接收到这些不知道的信息，并把水泵投入生产。进入相关文档后我们了解了消防队的问题包括编程错误、水泵故障火源不足等。为了有效减少这种情况，在相关传感器上增加了黑条。实验表明，该方法可以有效地降低自然光的干扰。小车在行驶的过程中，它的偏高度。汽车的问题是，红外线感应器从这里获取了接收到的信号，他们没有返回它的价值。本次设计中使用黑色电工胶带作为寻迹模块中的寻迹线路。当背景色与黑色较为接近时，红外传感器对信号的接收到很多信号，因此不能达到寻迹的效果。最终通过调节寻迹传感器上的电位器得到有效的调整。结论最后，在借鉴国内外有关文献的基础上，对该系统的各个方面进行了初步的分析。在制作期间，了解了如何利用Keil软件及52系列的MCU程序。最后，就是自行设计一个智能化的喷嘴。本课程的主要目标是培养学生动手动手、解决问题的能力。本文从初步构想入手，详细介绍了该系统的总体架构及各个功能电路的设计。最后，在教师细心的引导下，经过自己的努力，最终完成了毕业设计。在这段时间里，我的一些理论知识并没有很好的融入到实际中去。在教师的协助下，参考了各类文献资料，我没日没夜地研究，逐渐完善了每一项工作，建立了一个总体的架构，并拓展了防御与防御的内容，使我对设计需求和规划方向有了更清楚的认识。

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