基于单片机的智能灭火小车设计


    目 录
    摘 I
    Abstract II
    引言 3
    第章 智灭火车整体设计 4
    11 整体设计务 4
    12 整体设计求 4
    13 智灭火车系统整体方案设计 4
    131 智灭火车整体模块设计 4
    132 智灭火车整体设计方案选择 5
    第二章 智灭火车硬件设计 7
    21 智灭火车系统硬件基组成部分设计方案 7
    211 控制器模块 7
    212 火源检测模块 8
    213寻光电路模块 9
    214电机驱动模块 10
    215灭火模块 12
    216电源模块 12
    22智灭火车系统控制部分设计思想 12
    221 控制部分 12
    222控制部分单元电路图 13
    23智灭火车系统检测部分设计思想 13
    24系统模块终方案 14
    第三章 智灭火车软件设计 15
    31 智灭火车系统软件设计 15
    32智灭火车程序流程图 15
    33火焰探测子程序流程图 16
    结 19
    致 谢 20
    参 考 文 献 21
    附录 A 22
    附录 B 26
    附录 C 27
    附录 D 28

    基单片机智灭火车设计
    摘:社会火灾现实生活中普遍存称然界三灾害火灾发灭火工作坏境恶劣时工完成灭火务时便智灭火车完成相应务文设计单片机核心智灭火车设计利单片机作灭火控制中心检测火源火焰传感器车行驶直流减速电机驱动行驶电机驱动电路部分L293D芯片车行驶舵机控制方式实现功:安全区出发着路线前进火焰传感器检测火源启动水泵进行灭火
    关键词:STC89C52舵机控制吹灭火源
    Design of Intelligent Fire Extinguishing Car Based on Single Chip Microcomputer
    Abstract:Nowadays fire is one of the three natural disasters When the fire fighting environment is bad after the fire the artificial can not complete some fire fighting tasks at this time can use the intelligent fire fighting car to complete the corresponding tasks In this paper an intelligent fire fighting car with single chip microcomputer as the core is designed The design is the use of singlechip microcomputer as the fire control center fire source detection with the flame sensor the car driving by dc deceleration motor driving The motor drive circuit part USES L293D chip and the steering gear control mode is used in the car driving The realized functions are starting from the safety zone moving forward along the route after the fire sensor detects the source of fire start the water pump to extinguish the fire
    Key wordsSTC89C52 Steering gear control Blow the source












    引言
    十年中高层建筑建筑型工厂越越特殊性火灾发生时进行快速效灭火造成种灾难发生国国外火灾救援绝数时候然设备辅助工救援救援员救援程中承担定风险设备存定缺陷火灾现场面巨生命危险解决问题开始工智化救援方面研究工智已广泛应领域灭火技术种类遵循灭火原理进行设计前没通效灭火技术改善救援员伤亡实际灭火操作中需针具体起火原火灾环境采合适类型灭火技术进行灭火目前改善救援方案倾智化救援
    灭火救援程中消防机器发挥着重作世纪八十年代中期第灭火机器日设计出制造成功七年前美国弗吉尼亚理工学设计款消防工作机器制造出战舰发生火灾时候协助消防员工作2002年海交通学海市消防局应急理部海消防研究联合起3年研究设计制作履带式轮式消防灭火机器截目前灭火机器已第三代高端智机器稳步发展目前世界新消防机器日掌握火灾现场情况侦察机器美国Pandora侦察机器挪威形似蟒蛇消防机器等









    第章 整体设计方案
    11 整体设计务
    设计制作智灭火车够着指定路线进行灭火工作工作原理图:

    图11 灭火实验场
    12 整体设计求
    综合考虑实际工作提出列设计目标:
    (1)启动够动探测火源位置前火源处
    (2)达目停止前进开始灭火装置扑灭火源
    (3)检测火源存状态直扑灭止扑灭探测火源前灭火
    13 系统整体方案设计
    131 整体模块设计
    设计整体设计方案:火源通火焰传感器检测然单片机STC89C52接收火焰传感器输出热源信号进行处理电机驱动方式采舵机控制设计方案致6部分组成系统构成图12:

    图12系统模块示意图
    系统功模块简介:
    1控制器模块:作整控制系统核心器
    2寻光模块:灭火车做导航作
    3电源模块:整控制进行供电
    4火焰检测模块:火焰进行检测
    5电机驱动模块:驱动车行驶
    6灭火模块:控制水泵进行灭火
    132 整体设计方案选择
    方案:智灭火车两侧安装两轮子两普通直流减速电机驱动方便智灭火车行驶起衡支撑作传感器探测否存火源安装位置选择车两侧通较火焰距离车距离左侧传感器安装放器寻找远处火源右侧传感器寻找处火源够精确定位火源位置车中部安置两传感器两间距离稍稍超前两传感器间距离车启动安全区行驶出达中线左转弯然通左侧传感器寸否侧存火源果存火源时候次转弯时候左转果时候刚前方远障碍物存着前行走路程回行直前路口左转左侧探测存火源右侧探测存火源前火源处扑灭接继续回中线行行程中时监测火源行驶墙边位置通百八十度转角探询侧火情设计方案中需硬件复杂软件方面清晰编写思路然实际未必够达足够避障效果目前情况果障碍物静止变话探测位置实现良避障效果果障碍物会发生移动避障效果难保证灭火务法完成
    方案二:方案相车身变车前方添加红外测距仪探测障碍物位置两侧安装火焰传感器传感器发出信号信号通较器时候会探测出距离两侧传感器够检测处存火源车启动出发达中线处然想作转动时开启左侧传感器探测火情果存火源话继续前行果存火源话转角处左转前货源出扑灭火源接继续前行驶直发现火源结合实际情况两种方案特点综合考虑里选择方案二








    第二章 系统硬件设计
    21 系统硬件基组成部分设计方案
    211 控制器模块
    设计中系统控制中心STC89C52单片机STC89C52宏晶科技生产低耗高速低抗干扰价格低8位微处理器
    STC89C52具优点:
    (1)高抗静电(ESD保护)
    (2)32位IO口线
    (3)置2KB EEPOM
    (4)4外部中断
    (5)316位定时器
    (6) 高运作频率35MHZ6T12T选
    (7) 晶振频率110592MHZ
    (8) 部集成ADDA转换
    (9) 直接进行串口载
    STC89C52单片机引脚图图21示:

    图21 STC89C52单片机引脚图
    212 火源检测模块
    火源检测模块设计设计中项重容车前火源灭火前提够准确探测火源位置部分出现问题灭火车火源寻找程中法寻找火源导致整设计务失败设计模块时候考虑两种方案
    第种方案通火焰传感器完成寻找火源务安装位置选择车底板前方收集信号开始通单片机部AD转换确定火焰位置车停火焰前方开启水泵火焰熄灭方案硬件选择较简单方便火焰位置火焰传感器距离较容易造成停位置导致火焰传感器损坏编程困难时AD转换缺乏足够稳定性精确程度够里种方案排外
    第二种方案通2传感器结合外部电路完成寻找火源务安装位置选择车车板两端火源距离较远检测存火源通单片机部AD转换确定火焰位置车停火焰前方开启水泵火焰熄灭方案准备寻找火焰位置避免停位置导致火焰传感器损坏两火焰传感器检测火焰更加准确综合考虑种素终选择项方案
    两种方案进行选择第二种方案通两火焰传感器寻火源位置
    213寻光电路模块
    模块作控制车运动轨迹车着定路径运动里车行驶路径设计白色亮线条亮线外方设计黑色然通色彩传感器便控制车着定路径运动种备选方案:
    第种方案左右两红外发射接收车启动时候放置条白色纸带左连红外发射接收安装位置选择车底板挣前方根车路径偏离程度输出高低电压方案果够实现起会取较效果实现起设计较复杂耗电量较高稳定性定受种素必反说电源环境等等影响较里适
    第二种方案通颜色传感器指导行驶现颜色传感器种类越愈途越越广电路设计相较复杂考虑光线明暗影响方案排
    第三种方案发光光敏二极组成发射接收电路种方法容易实现受外界光源影响较
    考虑决定选方案三较容易实现
    该电路中加入双电压较器LM393通电位器调整电压控制车寻光电路模块寻光电路图22示:


    图22 寻光电路原理图
    214电机驱动模块
    模块车动力系统作相汽车中发动机模块中没考虑传感器确定前处位置完全赖软件导致控制求较高种备选方案:
    方案:采专芯片L293D作电机驱动芯片采舵机控制方式舵机控制具体积便控制优点采舵机控制控制两直流电机驱动灭火车进行灭火工作
    L293D芯片输入输出原理图图23示:

    图23 L293D芯片输入输出原理图
    方案二:直流减速电机构成差分驱动电路方案电路设计较复杂差模输入信号输出信号分析起较复杂采取设计方案
    选方案
    电机驱动模块电路图图24示:




    图24 L293D驱动电机原理图
    215灭火模块
    选择灭火方式装置种包括型灭火器喷水灭火器等等实现起复杂车提出高稳定性求没选择选择水泵
    水泵达定灭火效果实现起简单车稳定性没高求工作原理图25:


    图25 灭火模块原理图
    216电源模块
    电源求高普通电池组预计会四节六伏电池两电机安装节样电压相转速致红外传感器安装节水泵安装节
    22系统控制部分设计思想
    221 控制部分
    (1)车身动力部分
    通直流电机PWM模式控制电机种模式电机转速拐弯控制力较强双电机驱动话完成相复杂操作方说果原左转左边电机反转动右边电机正转动
    (2)单片机控制部分
    里选择单片机型号STC89C52作火焰探测路面检测信号控制中心
    控制电机转动进控制车移动控制水泵开关核心控制元件
    222控制部分单元电路图
    舵机控制实现单片机控制基础调节控制脉宽控制加速时间速度控制需范围呢实现难度低舵机控制部分电路图图26示:

    图26 舵机控制原理图

    23系统检测部分设计思想
    车移动灭火操作模块成功前提传感器采集信息传送单片机单片机处理发出控制信号电机根控制信号转动控制智灭火车行驶基原理图27表示:


    图27 检测部分基原理图
    (1)细分分两部分红外火焰传感器检测外界温度变化会影响传感器电流时距离定影响变化电压参考电压便够判断出火源位置两者间距离火焰传感器工作机理红外传感器检查周围行驶路线否存障碍物直接集成模块果障碍物车距离接
    10厘米电便会升高二光电寻线传感器检测路径周围区域颜色灰度探测行驶路线受外界光源影响较
    (2)外避障路程测量通软件动进行定程度降低硬件技术实现困难
    24系统模块终方案
    分析证设计原器件清单附录D示实物图附录E系统6模块终方案:
    (1) 控制器模块:采STC89C52单片机作智灭火车系统控制中心
    (2)火源探测模块:两火焰传感器准确检测火源位置
    (3)寻光电路模块:两光敏电阻调整车行够定路线行驶
    (4)智灭火车电机驱动模块:电机类型普通直流减速电机双驱动四接口PWM脉宽调速
    (5)灭火模块:水泵作灭火装置通单片机控制灭火
    (6)电源模块:直接采6V电池盒













    第三章 系统软件设计
    31 系统软件设计

    整系统进行编程时选择C语言实现单片机项功具体代码附录A中查找
     整系统进行原理图设计时决定采较熟悉Altium Designer16软件设计整控制系统工作原理图绘制出原理图见附录B
    根设计工作中做选择项方案次设计设计目标进行软件设计时候应该够实现面功
    1 寻迹模块程序:传感器收集路况信息单片机进行处理处理发出控制信号控制电机转动
    2机驱动模块程序:通模块开控制电机转动控制车行驶
    3火焰检测模块程序:作段温度执行模块传递单片机
    4水泵模块程序:作控制水泵启动者关闭实现灭火功
    32程序流程图
    程序整设计重部分够确定车运动状态车项具体功通子程序实现绘制出程序流程图图31示:


    图31 智灭火车程序流程图
    程序意义引导者决策整设计容中着重位车什时候调模块进行操作方转移动开启水泵程序进行控制
    33火焰探测子程序流程图

    图32 智灭火车火焰探测子程序流程图



    34 寻找火源子程序流程图

    图33 智灭火车寻找火源子程序流程图



    进行设计反复调试程中火焰传感器调试困难精度求相高通电位器断调整终终调试成功车整体制作布局美观结实易出现接触良等问题元器件购买车组装调试中出现种问题断阅读资料设计方案调整终基完成预定目标
    设计采STC89C52单片机作整控制系统核心具低耗高速高
    速低抗干扰价格低等特点火焰传感器监测周围火情实时采集数传送单片机单片机中AD转换便确定火源处单片机发出控制信号电机接收信号信号开始转动车火源方运动运动程中通红外传感器实时检测周围障碍物达火源处停适位置开始启动灭火装置灭火单片机发出控制信号水泵接收信号开启保持开启状态直火扑灭然车次进入实施检测状态寻找火源
    次设计中断努力懂时候时查阅资料已基完成预定目标

    致谢
    首先里感谢范老师文悉心指导完成范老师强烈责心认真治学态度严谨科学工作方法留深刻印象始终感染激励着 益启示谨范老师表达真诚谢意
    特感谢专业兄弟姐妹里学东西许良建议没帮助课题存细节问题难解决
    外感谢老师两年中付出辛勤劳动感谢夕相处室友两年互相帮助学进步实验室工作学程中予关怀帮助永远难忘份友情陪伴走天
    衷心感谢支持帮助老师学
    参考文献
    [1] 李晶皎嵌入式语音技术凌阳16位单片机应[M]北京航天航空学出版社200311
    [2] 蒋敦斌李文英非电量测量传感器应[M]国防工业出版社20055
    [3] 全国学生电子设计竞赛组委会第四届全国学生电子设计竞赛获奖作品选编[M]北京理工学出版社20014
    [4] 郁友文常建程继红传感器原理工程应[M]西安电子科技学出版社20033
    [5] 沈红卫基单片机智系统设计实现[M]电子工业出版社20058
    [6] 籍心张凯马岩等单片机C语言应程序设计[M](第三版)北京航空航天学出版200310
    [7] 戴伏生基础电子电路设计实践[M]国防工业出版社200210
    [8] 梁长垠传感器应技术[M]北京:高等教育出版社2018
    [9] 黄智伟全国学生电子设计竞赛训练教程[M]电子工业出版社2005
    [10] 罗亚非凌阳十六位单片机应基础[M]北京航天航空学出版社200312
    [11] 谢子梅阎淑兰赵云娣等电子线路设计实验测试[M](第二版)华中理工学出版社2000
    [12]张宏林Visual C++串口通信工程实践[M]北京:民邮电出版社2008
    [13]赖寿宏微型计算机控制技术[M]北京:机械工业出版2004
    [14]徐爱钧单片机高级语言C51 应程序设计[M]北京:电子工业出版社2002
    [15]杨欣51单片机零开始[M]北京:清华学出版社2009
    [16]谢美电子线路设计实验测试第二版[M]武汉:华中科技学出版社2000

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    文档贡献者

    王***朝

    贡献于2020-09-01

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