消防智能電動(dòng)車設(shè)計(jì)與制作資料,消防,智能,電動(dòng)車,設(shè)計(jì),制作,資料 消防智能電動(dòng)車設(shè)計(jì)與制作 目錄 摘要： 4 關(guān)鍵詞： 4 Abstract: 4 Keywords: 4 1．系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 1.1設(shè)計(jì)要求 5 1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 5 1.1.2設(shè)計(jì)要求 5 1. 2模塊方案比較與論證 6 1.2.1車體設(shè)計(jì) 7 1.2.2控制器模塊 8 1.2.3電源模塊 9 1.2.4尋跡傳感器模塊 9 1.2.5 火焰?zhèn)鞲衅髂K 10 1.2.6 避障模塊 10 1.2.7測(cè)速計(jì)程模塊 11 1.2.8電機(jī)模塊 11 1.2.9電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 11 1.2.10車載語(yǔ)音模塊和控制臺(tái)語(yǔ)音模塊 12 1.2.11無(wú)線收發(fā)模塊 12 1.2.12顯示臺(tái)顯示模塊 12 1.2.13車載顯示模塊 12 1.3最終方案 13 1.4系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 14 2．硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 19 2.1微控制器模塊的設(shè)計(jì) 19 2.2光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì) 19 2.3尋跡光電對(duì)管的安裝 21 2.4火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路的設(shè)計(jì) 22 2.5火焰?zhèn)鞲衅鞯陌惭b 22 2.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 23 2.7滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路 24 2.8滅火風(fēng)扇的安裝 24 2.9測(cè)速計(jì)程模塊的安裝 25 2.10語(yǔ)音識(shí)別電路的設(shè)計(jì) 26 2.11無(wú)線收發(fā)模塊的實(shí)現(xiàn) 26 3．軟件實(shí)現(xiàn) 27 3.1主程序流程圖 27 3.2滅火子程序流程圖 29 3.3傳感器數(shù)據(jù)處理及尋跡程序流程 31 4．系統(tǒng)功能測(cè)試 32 4.1測(cè)試儀器及設(shè)備 32 4.2功能測(cè)試 32 4.2.1基本功能測(cè)試 33 4.2.2發(fā)揮功能及其他功能測(cè)試 36 5.結(jié)論 37 6.結(jié)束語(yǔ) 37 7.參考文獻(xiàn) 37 30 摘要：本智能車是以鋁合金為車架，AT89S52單片機(jī)為控制核心，加以直流電機(jī)、舵機(jī)、光電傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱碗娫措娐芬约捌渌娐窐?gòu)成。系統(tǒng)由89S52通過(guò)IO口控制小車的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。舵機(jī)帶動(dòng)滅火風(fēng)扇左右轉(zhuǎn)向擺動(dòng)進(jìn)行滅火。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)用凌陽(yáng)單片機(jī)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OCMJ4X8C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：AT89S52 直流電機(jī) 舵機(jī) 光電傳感器 火焰?zhèn)鞲衅? 消防智能電動(dòng)車 DF無(wú)線收發(fā) Abstract: The smart car is aluminum alloy for the chassis, AT89S52 MCU as its core, including motor and servo, plus photoelectric sensors, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the white line. RPR220 reflective photo sensor seeks the trace. 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 car’s status will be transmitted to the Remote Console. OCMJ4X8C LCD display and 2 keys for start control. Keywords: AT89S52 Motor Servo Photo sensor Flame sensor Electrical fire engines DF wireless transmission． 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)要求 1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)制作一個(gè)消防智能小車模型，能到制定區(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1所示： 圖1 場(chǎng)地示意圖 1.1.2設(shè)計(jì)要求 1）基本要求 （1）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。 （4）撲滅二個(gè)火焰的總時(shí)間不超過(guò)5分鐘。 （5）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示撲滅的火源數(shù)。 2）發(fā)揮部分 （1）搶險(xiǎn)完畢后智能小車能夠返回到安全區(qū)域（原位）。 （2）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示路程。 （3）能夠用不同聲音對(duì)不同的狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警。 （4）其他 3）說(shuō)明 （1）小車尺寸小于30cm×30cm，所用電源電壓小于等于24V。 （2）控制電機(jī)類型不限，其安裝位置及安裝方式自定。 （3）滅火方式不限，但不允許碰倒蠟燭。 （4）小車不能完全離開場(chǎng)地。 （5）允許一次重啟動(dòng)機(jī)會(huì)。 （6）蠟燭高度：15—20厘米。蠟燭置于方框的中間位置。 （7）障礙物尺寸15cm×15cm×15cm，且位置固定。 （8）試驗(yàn)場(chǎng)地可采用黑膠皮，網(wǎng)格線可采用寬度為2.5—3.0cm的白色單面膠紙，測(cè)試時(shí)可自帶。 1. 2模塊方案比較與論證 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、尋跡傳感器模塊、火焰?zhèn)鞲衅?、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、滅火風(fēng)扇及其驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)模塊、語(yǔ)音模塊、車載顯示模塊、無(wú)線收發(fā)模塊以及液晶顯示模塊等模塊構(gòu)成。本系統(tǒng)的方框圖如圖2所示： 電源模塊 控制器模塊 尋跡傳感器模塊 火焰?zhèn)鞲衅髂K 電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)轉(zhuǎn)向模塊 滅火風(fēng)扇及其驅(qū)動(dòng)模塊 語(yǔ)音模塊 無(wú)線發(fā)射模塊 無(wú)線接收模塊 語(yǔ)音模塊 顯示臺(tái)顯示模塊 避障模塊 車載顯示模塊 測(cè)速計(jì)程模塊 圖2 系統(tǒng)方框圖 為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 1.2.1車體設(shè)計(jì) 方案1：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。因此我們放棄了此方案。 方案2：自己制作電動(dòng)車。經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，前后萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前后裝兩個(gè)萬(wàn)向輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(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。 在安裝時(shí)我們并不把兩個(gè)萬(wàn)向輪裝在一個(gè)平面上。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪與前萬(wàn)向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過(guò)低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，后萬(wàn)向輪起支撐作用。 對(duì)于車架材料的選擇，我們經(jīng)過(guò)比較選擇了鋁合金。用鋁合金做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。 綜上考慮，我們選擇了方案2。實(shí)物圖如圖3所示： 圖3 車體底盤實(shí)物圖 1.2.2控制器模塊 方案1：采用可編程邏輯期間CPLD 作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。 方案2：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。 本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)以及電機(jī)的控制，兼有語(yǔ)音的播報(bào)。如果單純的使用凌陽(yáng)單片機(jī)，在語(yǔ)音播報(bào)的同時(shí)小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和編程的簡(jiǎn)潔性考慮，我們放棄了單純使用凌陽(yáng)單片機(jī)而考慮其它的方案。 方案3：采用Atmel公司的AT89S52單片機(jī)作為主控制器而用凌陽(yáng)單片機(jī)作為輔助控制器。AT89S52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。 我們自己制作51最小系統(tǒng)板，體積很小，下載程序方便，放在車上不會(huì)占用太多的空間。 為了同時(shí)方便使用語(yǔ)音的播報(bào)和識(shí)別，我們選擇了凌陽(yáng)公司的SPCE061A精簡(jiǎn)開發(fā)板－61B板。61B板上配有喇叭插座、麥克風(fēng)等。用戶只需使用在線調(diào)試器，不用再外接任何器件即可以完成語(yǔ)音錄放等功能。該精簡(jiǎn)系統(tǒng)板體積小，功能齊全，資源豐富。能夠滿足系統(tǒng)的要求。 從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案3。 1.2.3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1：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。但是蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。 方案2：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)，傳感器和舵機(jī)供電。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為直流電機(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3：采用3節(jié)4.2V可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電，用2節(jié)鋰電池經(jīng)過(guò)7805的電壓變換為單片機(jī)和傳感器供電。再用2節(jié)鋰電池經(jīng)另一套7805電壓變換電路為舵機(jī)供電。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，舵機(jī)直流電機(jī)工作互不影響，且電池的體積較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 綜上考慮，我們選擇了方案3。 1.2.4尋跡傳感器模塊 方案1：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很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 方案2：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，因此我們放棄了這個(gè)方案。 方案3：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，其具有如下特點(diǎn)： （1） 塑料透鏡可以提高靈敏度。 （2） 內(nèi)置可見光過(guò)濾器能減小離散光的影響。 （3） 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。 因此我們選擇了方案3。 1.2.5 火焰?zhèn)鞲衅髂K 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。我們綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。 方案1：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，因此我們放棄了此方案。 方案2：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，沒有太大的煙霧，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)嵱茫虼宋覀兎艞壛舜朔桨浮? 方案3：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4：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5：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。 因此我們選擇了方案5。 在火焰?zhèn)鞲衅髂K的設(shè)計(jì)中，我們?cè)谲圀w的前頭的兩側(cè)離地大約15－20cm（相當(dāng)于火焰高度）處安裝遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅?，且每一?cè)裝有兩個(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)，我們把每一側(cè)的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)距離的火焰沒有反應(yīng)。 我們把用黑塑料包住的傳感器稱為“近視”傳感器，把沒有處理過(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)。 1.2.6 避障模塊 方案1：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。 因此我們考慮其他的方案。 方案2：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-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，沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案2。 1.2.7測(cè)速計(jì)程模塊 方案1：用霍耳傳感器進(jìn)行測(cè)速。當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體出于與電流相垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，在其兩端將產(chǎn)生電位差。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)?；舳絺鞲衅骼玫木褪腔舳?yīng)。 如果在車輪的內(nèi)側(cè)裝上一條細(xì)磁鐵，把霍耳傳感器同樣裝在車輪的內(nèi)側(cè)，測(cè)量火焰?zhèn)鞲衅鞯妮敵鼍涂梢灾儡囕嗈D(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。 霍耳傳感器是非接觸式測(cè)量，而且對(duì)灰塵、濕度、振動(dòng)等環(huán)境條件不敏感。特性也不隨時(shí)間而變化。 雖然霍耳傳感器具有眾多優(yōu)點(diǎn)。但是由于我們的電動(dòng)車較小，比較細(xì)小的磁鐵不易尋找。因此我們嘗試著尋找其它的方案。 方案2：用RPR220型光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速。在車輪的內(nèi)側(cè)貼上一個(gè)光電碼盤，用光電對(duì)管對(duì)碼盤進(jìn)行檢測(cè)。光電對(duì)管照射到黑色和白色的邊界時(shí)輸出信號(hào)會(huì)有跳變。將跳變的輸出信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)就可以得到輪子的轉(zhuǎn)速。 由于我們電動(dòng)車的尋跡都是用的RPR220型光電對(duì)管，所以用該型號(hào)光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速時(shí)可以使用同樣的調(diào)理電路。從使用的方便和靈活性考慮，我們選擇了方案2。 1.2.8電機(jī)模塊 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，我們綜合考慮了一下兩種方案。 方案1：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)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。 方案2：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，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。 我們所選用的直流電機(jī)減速比為1：74，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100r/min。我們的車輪直徑為6cm，因此我們的小車的最大速度可以達(dá)到 V=2πr·v=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s 能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。 1.2.9電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案1：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，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。 方案2：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。 因此我們選用了方案1。 1.2.10車載語(yǔ)音模塊和控制臺(tái)語(yǔ)音模塊 方案1：選擇專門的語(yǔ)音存儲(chǔ)芯片ISD1420，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行錄放音的控制。用這種方法雖然比較簡(jiǎn)介方便，但是在地址模式所占IO口較多,在操作模式下進(jìn)行隨機(jī)播放又需快進(jìn),較適合于順序播放。且存儲(chǔ)空間較小，只能存儲(chǔ)總計(jì)20s的語(yǔ)音，無(wú)法進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別。為了能更好的使用語(yǔ)音播放和語(yǔ)音辨識(shí)，我們放棄了此方案。 方案2：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，我們放棄了此方案。 方案3：使用凌陽(yáng)精簡(jiǎn)板開發(fā)板61B板，該精簡(jiǎn)開發(fā)板體積小，使用方便，且具有凌陽(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。凌陽(yáng)61單片機(jī)是16位單片機(jī)，具有DSP功能，有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)49MHz，具有運(yùn)算速度高等優(yōu)勢(shì)。這些都為語(yǔ)音處理和辨識(shí)準(zhǔn)備了很好的條件。 因此我們選用了方案3。 1.2.11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1：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2：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)，因此我們放棄了此方案。 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，因此我們選擇了此方案。 1.2.12顯示臺(tái)顯示模塊 方案1：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2：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)我們選用4X8的LCD能夠很好的滿足顯示要求，因此我們選擇了此方案。 1.2.13車載顯示模塊 為滿足題目要求，需要在車上顯示小車走過(guò)的路程，滅火時(shí)間、數(shù)目以及當(dāng)前的滅火狀態(tài)。因此需要在車上顯示這些數(shù)據(jù)。 方案1：用OCM2X8C液晶屏。該液晶屏可以兩行顯示數(shù)字、漢字，也可以實(shí)現(xiàn)繪圖功能。顯示清晰。如果用串行傳輸數(shù)據(jù)的方式，使用的數(shù)據(jù)線也較小。但是由于小車是在不停的運(yùn)動(dòng)中，使用液晶屏在遠(yuǎn)距離觀測(cè)時(shí)顯示不易觀察。因此我們考慮其他的更好的方案。 方案2：用8位數(shù)碼管進(jìn)行顯示小車走過(guò)的路程，滅火時(shí)間和數(shù)目。用8X8的LED點(diǎn)陣顯示當(dāng)前的滅火狀態(tài)。 由于車載顯示模塊只是用來(lái)顯示路程、時(shí)間和滅火數(shù)目，都為一些數(shù)字，這就為數(shù)碼管的使用變成了可能。數(shù)碼管顯示亮度高，遠(yuǎn)程觀測(cè)也比較醒目。 使用高亮度LED發(fā)光管構(gòu)成點(diǎn)陣，通過(guò)編程控制可以顯示中英文字符、圖形及視頻動(dòng)態(tài)圖形。我們用LED點(diǎn)陣來(lái)動(dòng)態(tài)圖形的顯示當(dāng)前的滅火狀態(tài)。 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)是用CH451實(shí)現(xiàn)的。CH451是一個(gè)整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制以及uP監(jiān)控的多功能外圍芯片。CH451內(nèi)置RC振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管或者64位LED，具有BCD譯碼、閃爍、移位等功能。CH451可以通過(guò)級(jí)聯(lián)的串行接口與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，因此占用單片機(jī)的IO口較少。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證CH451能夠很好的實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管和LED點(diǎn)陣的驅(qū)動(dòng)。 因此我們使用數(shù)碼管和LED點(diǎn)陣作為車載顯示。 1.3最終方案 經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案： （1） 車體用鋁合金車架手工制作。 （2） 采用AT89S52單片機(jī)作為主控制器。 （3） 用3節(jié)鋰電池為直流電機(jī)供電，用兩組每組兩節(jié)電池分別為單片機(jī)傳感器和舵機(jī)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)鞲衅鳌? （6） L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 （7） 凌陽(yáng)61B板作為語(yǔ)音控制模塊。 （8） DF無(wú)線收發(fā)模塊用來(lái)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)。 （9） 4X8的LCD在遠(yuǎn)程控制臺(tái)實(shí)時(shí)顯示小車當(dāng)前狀態(tài)。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示： 2節(jié)鋰電池 AT89S52 光電對(duì)管尋跡 火焰?zhèn)鞲衅? L298N驅(qū)動(dòng)直流電機(jī) 3節(jié)鋰電池 光電開關(guān)避障模塊 滅火風(fēng)扇 2節(jié)鋰電池 DF無(wú)線發(fā)射模塊 DF無(wú)線接收模塊 4X8LCD液晶屏顯示 SPCE061B 車載數(shù)碼管和LED點(diǎn)陣 SPCE061B 語(yǔ)音播報(bào) 語(yǔ)音播報(bào) 光電對(duì)管測(cè)速 圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 1.4系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)的目的是能夠滅掉兩個(gè)或更多的火源，并且能夠返回啟動(dòng)區(qū)。由于場(chǎng)地為方格型場(chǎng)地，而我們的光電對(duì)管可以順利的實(shí)現(xiàn)尋跡，轉(zhuǎn)彎與方格的計(jì)數(shù)。而不能判斷小車前進(jìn)的方向?；诖?，我們共設(shè)想了如下幾種方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證而最終選中一種最終方案。 方案1：小車由啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)，先沿第一列走到中間，同時(shí)檢測(cè)第一列啟動(dòng)區(qū)到中間的6個(gè)黑方格中的火焰。然后返回到場(chǎng)地中間處徑直往右走到場(chǎng)地的中間，在這個(gè)過(guò)程中并不檢測(cè)小車的火焰?zhèn)鞲衅?。走到中間后在向上走檢測(cè)兩次的6個(gè)黑方格中是否有火焰。如此這樣每走半列就檢測(cè)6個(gè)黑方格，一直掃描完所有的黑方格，圖中標(biāo)有X的黑方格即為每條路徑掃描到的方格。一旦檢測(cè)到火焰小車即停下將火吹滅。小車行進(jìn)路線的示意圖如圖5所示： X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 啟動(dòng)區(qū) 圖5 小車行進(jìn)路線示意圖（方案1） 這樣小車可以掃描到所有的黑方格來(lái)檢測(cè)有沒有火源。 但是這種掃描方法有如下幾種缺點(diǎn)： （1） 這種檢測(cè)需要的時(shí)間太多。 （2） 由于傳感器可以檢測(cè)到較遠(yuǎn)的距離，所以不容易實(shí)現(xiàn)小車只檢測(cè)兩側(cè)的6個(gè)黑方格。當(dāng)小車在列上進(jìn)行掃描時(shí)，容易檢測(cè)到比較遠(yuǎn)的距離的火焰而產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷。 （3） 這種檢測(cè)方法走的路程較多，小車略顯不夠智能。 方案2：小車先走到中間的白線，然后橫向走到場(chǎng)地的邊界，同時(shí)檢測(cè)兩側(cè)是否有火焰，如果有火焰的話記下火焰的列坐標(biāo)。然后小車返回到場(chǎng)地中間在順向走一遍，同時(shí)檢測(cè)兩側(cè)是否有火焰，如果有火焰的話記下火焰的行坐標(biāo)。這種尋找火焰的方式可以克服火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)距離較遠(yuǎn)的問(wèn)題。小車的路線示意圖如圖6所示： 啟動(dòng)區(qū) 此時(shí)已記錄下火焰的坐標(biāo) 圖6 小車行進(jìn)路線示意圖（方案2） 這樣在小車走完一遍橫向和縱向的路程后，就可以知道任意位置的火焰的坐標(biāo)。知道了火焰的坐標(biāo)后就可以知道區(qū)吹滅火焰。 但是這種方案也有如下幾個(gè)缺點(diǎn)： （1） 小車所處的位置坐標(biāo)以及火焰的坐標(biāo)不容易確定。 （2） 該方案最不容易克服的缺點(diǎn)就是即使知道了火焰的坐標(biāo)，從小車的當(dāng)前位置走到火焰的位置的路線不易確定。坐標(biāo)與坐標(biāo)之間的連接方式有很多，因此有很多條路徑，而且小車在走每條路徑的同時(shí)又需要檢測(cè)前方是否有障礙物。因此還需要避障傳感器。這在無(wú)形中為系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)增加了難度。如果不讓小車避障的話，又要把每一條路徑的信息都編進(jìn)程序里去，這么多的信息處理量是不容易實(shí)現(xiàn)的。 因此我們放棄了這種方案，而去尋找其他的方法。 方案3：我們還設(shè)想了一種不用固定路線的方案。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯姆较蛐蕴貏e好，我們可以設(shè)計(jì)遙望掃描方案。即將火焰?zhèn)鞲衅餮b在舵機(jī)的舵盤上，在啟動(dòng)區(qū)旋轉(zhuǎn)舵盤掃描場(chǎng)地，當(dāng)掃描到火焰時(shí)記下火焰的坐標(biāo)。然后根據(jù)火焰的坐標(biāo)確定滅火路線。 小車在啟動(dòng)區(qū)掃描場(chǎng)地 圖7 小車行進(jìn)路線示意圖（方案3） 這種方案經(jīng)過(guò)認(rèn)真考慮，有如下幾個(gè)方面難以實(shí)現(xiàn)： （1） 火焰?zhèn)鞲衅麟m然可以方向性很好的檢測(cè)到火焰，但是對(duì)于火焰的不同的遠(yuǎn)近距離，火焰?zhèn)鞲衅鞑]有不同的輸出。因此用此種方案實(shí)現(xiàn)時(shí)，火焰的坐標(biāo)難以確定。 （2） 當(dāng)火焰的坐標(biāo)確定后，小車前進(jìn)的路線有很多條，而且有的路線上設(shè)有障礙物。因此要想讓小車實(shí)現(xiàn)題目的要求，還要加上避障傳感器。同時(shí)還存在著最優(yōu)路徑的判斷的問(wèn)題。 考慮到本方案的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有一定難度，因此我們放棄了此方案。 方案4：小車出來(lái)啟動(dòng)區(qū)后首先沿豎直方向走到場(chǎng)地的邊界，在這個(gè)過(guò)程中檢測(cè)第一列6個(gè)黑方格中是否存在著火焰，一旦檢測(cè)到火焰便停下將火吹滅。走到邊界后原地轉(zhuǎn)彎180度后走到場(chǎng)地的中間再向右掃描，在向右的過(guò)程中檢測(cè)路徑的兩側(cè)是否有火焰。 啟動(dòng)區(qū) 圖8 小車行進(jìn)路線示意圖（方案4） 我們?cè)谛≤嚨膬蓚?cè)裝兩組火焰?zhèn)鞲衅鳎拷M包含兩個(gè)火焰?zhèn)鞲衅?。每組火焰?zhèn)鞲衅鞫加幸粋€(gè)報(bào)上了一層黑塑料薄膜以縮短其檢測(cè)范圍。這樣在小車的每一側(cè)就都有了一個(gè)“遠(yuǎn)視”傳感器和一個(gè)“近視”傳感器。 在小車橫向掃描時(shí)用“遠(yuǎn)視”傳感器進(jìn)行掃描。一旦掃描到火焰，就停下來(lái)，關(guān)閉“遠(yuǎn)視”傳感器而打開“近視”傳感器，然后轉(zhuǎn)彎去滅火。 由于障礙物的存在，當(dāng)檢測(cè)到偶數(shù)列上有火焰時(shí)，小車需要后退半個(gè)黑格的距離拐彎去滅火。當(dāng)檢測(cè)到奇數(shù)列上有火焰時(shí)，小車需要前進(jìn)半個(gè)黑格的距離再拐彎去滅火。 我們用一個(gè)“遠(yuǎn)視”傳感器和一個(gè)“近視”傳感器是出于如下的考慮：小車轉(zhuǎn)彎后火焰?zhèn)鞲衅骺梢詸z測(cè)到遠(yuǎn)列的火焰而停下滅火，使用這種“遠(yuǎn)近視”傳感器交替使用可以較好的避免這種情況的出現(xiàn)。 經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，這種方案編程較容易實(shí)現(xiàn)，且工作穩(wěn)定。 因此我們選擇方案4作為本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。 2．硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) 2.1微控制器模塊的設(shè)計(jì) Atmel公司的AT89S52是51內(nèi)核的單片機(jī)。不用燒寫器而只用串口或者并口就可以往單片機(jī)中下載程序。 我們所設(shè)計(jì)的51最小系統(tǒng)板操作簡(jiǎn)單，使用方便。我們的自制下載線可以將并口轉(zhuǎn)化為7線下載口。這樣可以非常方便的實(shí)現(xiàn)通過(guò)PC機(jī)的并口往單片機(jī)中下載程序。 51最小系統(tǒng)板及并口轉(zhuǎn)下載線的示意圖如圖9所示： 圖9 AT89S52與并口連接圖 將并口線的1、14、15、16、17和RST、地線通過(guò)74LS373鎖存器引出，做成七線下載頭。其中并口的14、15和16引腳與單片機(jī)的P1口的5、6、7腳相連，再將所有的地共地。這樣通過(guò)89S52的下載軟件就可以方便的實(shí)現(xiàn)往S52中下載程序。 2.2光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì) 我們?cè)O(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10和圖11所示： 圖10 光電對(duì)管檢測(cè)電路1 圖10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。 因此我們考慮用比較器的方案。 圖11 光電對(duì)管檢測(cè)電路2 在圖11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。 2.3尋跡光電對(duì)管的安裝 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。前后三個(gè)傳感器的安裝位置與安裝方法相一致。具體的安裝位置實(shí)物圖如圖12所示： 圖12 車體前端尋跡傳感器實(shí)物圖 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。中間傳感器安裝實(shí)物圖如圖所示： 圖13 中間傳感器的安裝 2.4火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路的設(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。我們?cè)O(shè)計(jì)制作的火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路如圖14所示。 圖14 火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路 在該電路中，當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鳑]有檢測(cè)到火焰時(shí)，火焰?zhèn)鞲衅鞑粚?dǎo)通而使得火焰?zhèn)鞲衅鞯年?yáng)極上拉電阻R1上拉為高電平，經(jīng)比較器濾波整形后輸出高電平。 當(dāng)檢測(cè)到火焰時(shí)，火焰?zhèn)鞲衅鲗?dǎo)通，比較器輸出低電平。 經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本電路工作性能穩(wěn)定，能耗較低，能夠較好的滿足題目的需要。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。 2.5火焰?zhèn)鞲衅鞯陌惭b 我們所設(shè)計(jì)的火焰?zhèn)鞲衅髟诿恳粋?cè)都有一“近視”火焰?zhèn)鞲衅骱汀斑h(yuǎn)視”火焰?zhèn)鞲衅?。這樣“遠(yuǎn)視”傳感器和“近視”傳感器的配合使用可以防止小車錯(cuò)誤檢測(cè)到火焰的情況的出現(xiàn)。我們只需要在相應(yīng)的位置打開或關(guān)閉“近視”和“遠(yuǎn)視”傳感器就可以對(duì)不同距離的火焰進(jìn)行測(cè)量。 在傳感器上面加上鋁合金的小管可以增加傳感器的準(zhǔn)確度?！敖暋眰鞲衅鲗?shí)現(xiàn)是通過(guò)在鋁合金小管上加黑色塑料紙實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過(guò)這樣的改裝，“近視”傳感器可以只檢測(cè)到一個(gè)方格而遠(yuǎn)視傳感器可以檢測(cè)到3個(gè)以上的方格。 火焰?zhèn)鞲衅鞯膶?shí)物圖如15圖所示： 圖15 火焰?zhèn)鞲衅? 2.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 我們采用電機(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16所示： 圖16 L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 L298N的5、7、10、12四個(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)兩個(gè)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 2.7滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路 滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電壓為＋5V，為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，我們用三極管8550做驅(qū)動(dòng)電路以加大驅(qū)動(dòng)電流。滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路如圖17所示： 圖17 滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路 在Uin處接單片機(jī)的IO口，通過(guò)IO口輸出高低電平可以實(shí)現(xiàn)三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)滅火風(fēng)扇的開關(guān)控制。 2.8滅火風(fēng)扇的安裝 滅火風(fēng)扇固定在舵機(jī)的舵盤上，這樣可以通過(guò)控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左右90度擺動(dòng)?？梢詼绲魧ほE白線兩側(cè)的火焰。 滅火風(fēng)扇的安裝實(shí)物圖如圖18和圖19所示： 圖18 滅火風(fēng)扇安裝實(shí)物圖 圖19 滅火風(fēng)扇前視圖 2.9測(cè)速計(jì)程模塊的安裝 小車的速度的測(cè)量是通過(guò)光電對(duì)管檢測(cè)碼盤實(shí)現(xiàn)的。測(cè)速計(jì)程模塊的實(shí)物圖如圖20： 圖20 光電碼盤與測(cè)速對(duì)管 光電碼盤為32份黑白相間的圓盤，將其緊貼在車輪的內(nèi)側(cè)。在鋁合金車架上打一個(gè)圓孔，RPR220型光電對(duì)管通過(guò)圓孔對(duì)光電碼盤進(jìn)行檢測(cè)就可以得到車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。從而計(jì)算出小車前進(jìn)的路程。 車輪的直徑為6cm，車輪的周長(zhǎng)為 L＝2*π*R＝2*3.14*0.03m＝18.85cm 光電碼盤被平均分成了36份，每一份的弧長(zhǎng)為 L’=L/36=18.85cm/36=0.52cm 假設(shè)單片機(jī)檢測(cè)到黑白信號(hào)的變化為n，則 小車走過(guò)的路程為S＝n*0.52cm 2.10語(yǔ)音識(shí)別電路的設(shè)計(jì) 我們采用的語(yǔ)音播放和語(yǔ)音辨識(shí)的電路與凌陽(yáng)單片機(jī)的接口電路如圖21所示。該電路非常簡(jiǎn)單，是凌陽(yáng)公司的標(biāo)準(zhǔn)電路。 圖21 語(yǔ)音播放與辨識(shí)電路 2.11無(wú)線收發(fā)模塊的實(shí)現(xiàn) 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22所示： 圖22 無(wú)線發(fā)射模塊 3．軟件實(shí)現(xiàn) 3.1主程序流程圖 我們所設(shè)計(jì)的軟件的主程序流程圖如圖23所示： 系統(tǒng)初始化 X＝0，Y＝0 小車前進(jìn) 中間兩個(gè)對(duì)管是否全白 否 右轉(zhuǎn) 是 前進(jìn)并在行進(jìn)間用“近視”傳感器檢測(cè)火源 是否檢測(cè)到火焰 停車，滅火 計(jì)滅火數(shù)目 是 返回X＝3處 否 右轉(zhuǎn) 在X＝3的線上邊前進(jìn)邊檢測(cè)火源 判斷檢測(cè)到火焰的傳感器類型 ?停車，舵盤轉(zhuǎn)向，滅火 “近視”傳感器 小車轉(zhuǎn)向相應(yīng)分支 “遠(yuǎn)視”傳感器 返回原地 尋找火源 圖23 主程序流程圖 基于這種算法，我們可以走較少的路程滅掉2個(gè)甚至更多個(gè)火源，且工作性能穩(wěn)定。 我們用“近視”傳感器和“遠(yuǎn)視”傳感器交替使用，避免了誤檢測(cè)的情況的出現(xiàn)。試驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)滅火效果良好。 3.2滅火子程序流程圖 當(dāng)小車檢測(cè)到火焰時(shí)，由于有障礙物的存在，需要對(duì)不同坐標(biāo)上的火焰分別進(jìn)行判斷。 滅火子程序的流程圖如圖24所示： 判斷檢測(cè)到火焰時(shí)的Y坐標(biāo) 關(guān)閉尋跡驅(qū)動(dòng) Y坐標(biāo)為奇數(shù) 更正坐標(biāo)值 后退至上一個(gè)交點(diǎn)處 打開尋跡驅(qū)動(dòng) 等待車到交點(diǎn)處 Y坐標(biāo)為偶數(shù) 轉(zhuǎn)彎 僅使能“近視”火焰?zhèn)鞲衅? 查詢中間傳感器以計(jì)算坐標(biāo) 在火焰處停下，延時(shí)，滅火 檢測(cè)是否滅掉火 返回X＝3處 圖24 滅火子程序流程圖 3.3傳感器數(shù)據(jù)處理及尋跡程序流程 我們用一個(gè)字節(jié)的8個(gè)位來(lái)代表車底的8個(gè)光電傳感器。用每一個(gè)位來(lái)代表當(dāng)前傳感器的檢測(cè)狀態(tài)。 我們給每一個(gè)光電傳感器賦予不同的權(quán)值。對(duì)于同一列的三個(gè)傳感器來(lái)說(shuō)，中間傳感器的權(quán)值位0，兩側(cè)傳感器的權(quán)值分別為2和－2。 檢測(cè)時(shí)，我們首先得到檢測(cè)到白線的傳感器的數(shù)目和位置，然后將檢測(cè)到白線的傳感器的權(quán)值相加，然后再與傳感器的數(shù)目相平均得到權(quán)值的均值。由均值的值就可以得到小車的當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)而可以根據(jù)狀態(tài)控制電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)小車的尋跡。 當(dāng)權(quán)值的均值等于0時(shí)，就可以知道小車在白線得正上方。 當(dāng)?shù)玫降脵?quán)值大于0時(shí)就可以知道小車現(xiàn)在在白線的偏右側(cè)。權(quán)值大于0時(shí)又有1和2兩種情況。此時(shí)給右輪加速也分為兩種情況：權(quán)值為1時(shí)啟動(dòng)一級(jí)加速；權(quán)值為2時(shí)啟動(dòng)二級(jí)加速。二級(jí)加速比一級(jí)加速的時(shí)間稍長(zhǎng)，因?yàn)闄?quán)值為2時(shí)小車偏離白線的距離較遠(yuǎn)。這樣通過(guò)一級(jí)或者二級(jí)加速就可以調(diào)節(jié)小車回到白線的上方。 當(dāng)?shù)玫降臋?quán)值小于0時(shí)就可以知道小車現(xiàn)在在白線的偏左側(cè)，給左輪加速同樣分為一級(jí)加速和二級(jí)加速就可以使小車回到白線的上方。 用這種權(quán)值相加然后平均的尋跡算法同單純的判斷檢測(cè)到對(duì)管的位置并作出判斷的方法相比，程序思路清晰，程序執(zhí)行結(jié)果較好。 該檢測(cè)傳感器子程序的流程圖如圖25所示： 打開尋跡驅(qū)動(dòng) 獲得傳感器信息 計(jì)算總權(quán)值 判斷權(quán)值均值 左右輪同速 與傳感器數(shù)目相平均 >0 <0 判斷 判斷 右輪一級(jí)加速 右輪二級(jí)加速 左輪一級(jí)加速 左輪二級(jí)加速 ＝0 圖25 傳感器信息處理子程序流程圖 4．系統(tǒng)功能測(cè)試 4.1測(cè)試儀器及設(shè)備 表1 測(cè)試儀器設(shè)備清單 儀器名稱 型號(hào) 用途 數(shù)量 PC機(jī) 聯(lián)想 調(diào)試及下載程序 1 數(shù)字萬(wàn)用表 MASTECH my－65 測(cè)量各電路工作情況 1 秒表 記錄時(shí)間 1 4.2功能測(cè)試 4.2.1基本功能測(cè)試 （1）在場(chǎng)地上沒有放置蠟燭，小車從啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)。走到第一列后豎直到底，然后返回場(chǎng)地中間的橫向白線處，按照橫向白線走到場(chǎng)地的盡頭后轉(zhuǎn)彎180度，返回啟動(dòng)區(qū)。所用時(shí)間總計(jì)28.666秒。返回啟動(dòng)區(qū)后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的液晶屏顯示并同時(shí)語(yǔ)音播報(bào)：沒有發(fā)現(xiàn)火源。小車路線示意圖如圖26所示： 啟動(dòng)區(qū) 圖26 小車路線示意圖（測(cè)試1） （2）在場(chǎng)地中隨機(jī)放置一根蠟燭。 小車從啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)后能夠找到蠟燭，此時(shí)，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的液晶屏顯示并語(yǔ)音報(bào)警：找到火源1。小車語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源1。小車按照預(yù)定路線將蠟燭熄滅后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)液晶屏顯示并語(yǔ)音播報(bào)：已熄滅火源。小車語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源1。完成此過(guò)程所用時(shí)間為37.514秒。 小車完成此過(guò)程的示意圖如圖27所示： 啟動(dòng)區(qū) 滅火 圖27 小車路線示意圖（測(cè)試2） （3）在場(chǎng)地中隨機(jī)放置兩根蠟燭，小車能夠依次找到蠟燭并將火焰熄滅。 找到第一根蠟燭時(shí)，遠(yuǎn)程液晶顯示并語(yǔ)音報(bào)警：找到火源1。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源1。將第一根蠟燭熄滅后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)能夠顯示并語(yǔ)音播報(bào)：已熄滅火源1。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源1。完成這些動(dòng)作所用時(shí)間為34.953秒。 找到第二根蠟燭時(shí)，遠(yuǎn)程液晶顯示并語(yǔ)音報(bào)警：找到火源2。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源2。將第二根蠟燭熄滅后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)嫩構(gòu)顯示并語(yǔ)音播報(bào)：已熄滅火源2。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源2。完成這些動(dòng)作所用時(shí)間為75.764秒。 小車完成此過(guò)程的路線示意圖如圖28所示： 啟動(dòng)區(qū) 滅火 滅火 圖28 小車路線示意圖（測(cè)試3）  4.2.2發(fā)揮功能及其他功能測(cè)試 我們?cè)趫?chǎng)地上隨即放置兩個(gè)蠟燭，蠟燭擺放位置及場(chǎng)地示意圖如圖29所示： 啟動(dòng)區(qū) 滅火 滅火 圖29 小車發(fā)揮功能及其它功能測(cè)試 測(cè)試步驟如下： （1）遠(yuǎn)程復(fù)位啟動(dòng)電動(dòng)車。將車放置在啟動(dòng)區(qū)內(nèi)，在遠(yuǎn)程控制臺(tái)按下啟動(dòng)按鈕，小車從啟動(dòng)區(qū)正常啟動(dòng)。同時(shí)遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的液晶屏上繪圖顯示整個(gè)場(chǎng)地地圖以及小車當(dāng)前在地圖上的位置。 （2）發(fā)現(xiàn)第一個(gè)火源時(shí)，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源1?；鹪次恢眉靶≤嚠?dāng)前位置在液晶屏上能夠繪圖顯示。小車同時(shí)將其熄滅并語(yǔ)音播報(bào)狀態(tài)：熄滅火源1。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)液晶屏可以實(shí)時(shí)顯示整個(gè)過(guò)程，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源1。 （3）發(fā)現(xiàn)第二個(gè)火源時(shí)，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源2?；鹪次恢眉靶≤嚠?dāng)前位置在液晶屏上能夠繪圖顯示。小車同時(shí)將其熄滅并語(yǔ)音播報(bào)狀態(tài)：熄滅火源2。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)液晶屏可以實(shí)時(shí)顯示整個(gè)過(guò)程，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源2。 （4）小車熄滅兩個(gè)火焰后，返回啟動(dòng)區(qū)并停止。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)液晶屏可以繪圖顯示小車回到初始位置。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源數(shù)2，熄滅火焰數(shù)2，成功完成任務(wù)。 5.結(jié)論 測(cè)試表明，小車能夠較好的完成題目要求的基本要求和發(fā)揮部分。同時(shí)作為我們的特色的遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的工作正常，繪圖顯示清楚，語(yǔ)音播報(bào)清晰，遠(yuǎn)程顯示效果良好。 6.結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的液晶繪圖實(shí)時(shí)顯示，能夠直觀、形象、美觀的顯示小車的狀態(tài)。我們的遠(yuǎn)程顯示臺(tái)只是起到遠(yuǎn)程顯示監(jiān)控的作用，而并沒有遙控滅火電動(dòng)車。遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的應(yīng)用，為實(shí)際生活中的滅火機(jī)器人的模擬遠(yuǎn)程顯示。當(dāng)機(jī)器人在無(wú)法靠近的火場(chǎng)工作時(shí)，人可以遠(yuǎn)程看到機(jī)器人所處位置及完成任務(wù)的情況。我們的遠(yuǎn)程顯示監(jiān)控只是應(yīng)用了無(wú)線傳輸，并沒有用攝像頭就實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人位置及狀態(tài)的顯示，節(jié)約了成本。 7.參考文獻(xiàn) 1. 李正軍。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 2. Ramon Pallas-Areny，John G. Webster（美）。傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)，第2版。張倫譯。北京：清華大學(xué)出版社，2003 3. 船倉(cāng)一朗，土屋 堯等（日）。機(jī)器人控制電子學(xué)。宗光華，楊 洋，唐伯雁譯。北京：科學(xué)出版社，2004 4. 羅亞非等。凌陽(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)。北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003 5. 童詩(shī)白，華成英。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。北京：高等教育出版社，2003 6. 閻石。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。北京：高等教育出版社，1983 7. 高峰編。單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)。北京：科學(xué)出版社，2003 8. 21IC中國(guó)電子網(wǎng)。www.21ic.com 9.萬(wàn)方數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一服務(wù)系統(tǒng)。www.wanfangdata.com.cn 楊濟(jì)民 馬仁富 朱智林教授點(diǎn)評(píng): 系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，加以直流電機(jī)、舵機(jī)、光電傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱碗娫措娐芬约捌渌娐窐?gòu)成，設(shè)計(jì)報(bào)告完整，元器件選擇比較恰當(dāng)，制作的小車能完成題目的所有要求，語(yǔ)音報(bào)警比較有特色，功能齊全。但行進(jìn)路線固定。