基于HT46RU232單片機(jī)智能滅火小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

萬 軍，呂值敏

（重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，重慶 402160）

基于HT46RU232單片機(jī)智能滅火小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

萬 軍，呂值敏

（重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，重慶 402160）

本項(xiàng)目是基于HT46RU232系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的智能尋跡避障小車滅火系統(tǒng)，通過紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線光照射路面，黑色與白色具有不同的反射強(qiáng)度，利用紅外接收管可以檢測到這些信息。讀取到光電傳感器的信息后就可以判斷出小車前方道路相對車身的位置，并做出準(zhǔn)確的行駛判斷當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣時(shí)，人工不能完成的任務(wù)如物料運(yùn)輸和裝卸等，均可采用智能小車完成相對應(yīng)的任務(wù)。

HT46RU232單片機(jī)；尋跡；避障；滅火

我國交通事故的死亡率非常高，給社會(huì)和家庭帶來了巨大的損失和災(zāi)難，在這其中有許多事故是可以避免的。本設(shè)計(jì)就是針對該現(xiàn)狀而設(shè)計(jì)的，能在一定程度上避免災(zāi)難事故的發(fā)生。所設(shè)計(jì)制作的單片機(jī)智能尋跡避障小車以單片機(jī)HT46RU232為控制核心，采用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以多個(gè)傳感器作為小車的信息采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、LCD1602液晶顯示狀態(tài)、無線火災(zāi)檢測信號(hào)發(fā)送、小車定點(diǎn)滅火、尋跡避障等功能。該小車系統(tǒng)，小巧方便，人機(jī)交互性好，可提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)環(huán)境等實(shí)用價(jià)值。該小車系統(tǒng)采用了穩(wěn)定度高的紅外傳感器作為避障檢測，遇到障礙可以自動(dòng)地調(diào)整方向。本系統(tǒng)也可以應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化和無人駕駛的觀光旅游車，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)還有尋跡功能，可以按預(yù)先設(shè)定的軌跡運(yùn)行，當(dāng)偏離軌跡時(shí)會(huì)自動(dòng)尋找、調(diào)整方向，在實(shí)際生產(chǎn)生活運(yùn)用過程當(dāng)中，具有很高的商業(yè)價(jià)值。在本系統(tǒng)的研究開發(fā)上，增添了無線感應(yīng)火災(zāi)地點(diǎn)且可以定點(diǎn)滅火，此項(xiàng)功能是在尋跡避障的基礎(chǔ)之上的又一大亮點(diǎn)，并且可應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)生活當(dāng)中，例如機(jī)車頭燈的自動(dòng)尋跡、工廠自動(dòng)化控制、倉庫管理、智能玩具和民用服務(wù)等領(lǐng)域，具有較大的商業(yè)價(jià)值。

一、系統(tǒng)原理分析

本項(xiàng)目是基于HT46RU232系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的智能尋跡避障小車滅火系統(tǒng)，通過紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線光照射路面，黑線與白線具有不同的反射強(qiáng)度，利用紅外接收管可以檢測到這些信息。讀取到光電傳感器的信息后就可以判斷出小車前方道路相對車身的位置，并做出準(zhǔn)確的行駛判斷。如果在行駛過程當(dāng)中檢測到障礙時(shí)，紅外光敏二極管接收到反射回來的紅外光，其輸出立即發(fā)生高低電平轉(zhuǎn)換，該信號(hào)經(jīng)放大器放大后送到單片機(jī)進(jìn)行分析比較。然后將處理后的結(jié)果送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)行校正，控制其向左轉(zhuǎn)，向右轉(zhuǎn)和后退。小車在行駛時(shí)，如果天線接收到了某點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)信號(hào)后，小車會(huì)自動(dòng)根據(jù)火災(zāi)的具體位置前行到火災(zāi)發(fā)生處，并通過小水泵進(jìn)行自動(dòng)的噴水滅火處理。

二、智能尋跡避障滅火小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)主要有HT46RU232單片機(jī)、紅外避障傳感器、紅外尋跡傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC、1602顯示器、滅火水泵等。電路框圖如圖1所示。

2.硬件組成

包括：尋跡模塊、避障模塊、穩(wěn)壓電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、1602顯示報(bào)警模塊、滅火電路。

（1）尋跡模塊

尋跡模塊如圖2所示。根據(jù)傳感器的電壓大小確定各傳感器與黑線軌跡大概位置，進(jìn)而獲得車身縱軸線相對路徑標(biāo)記線的位置，得到連續(xù)分布的路徑信息。根據(jù)前排5個(gè)傳感器的信息得出車身相對軌跡的位置，通過軟件來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)小車沿著軌跡運(yùn)動(dòng)。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2 尋跡模塊

（2）避障模塊

避障與尋跡的設(shè)計(jì)原理是相同的，區(qū)別在于傳感器的靈敏度不同，避障傳感器的靈敏度要比尋跡的靈敏度高。在避障模塊中，只要小車前方有障礙物，紅外線通過避障物反射到光敏管，傳感器輸出低電平，送到單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)處理后驅(qū)動(dòng)LM298N去控制小車運(yùn)行的方向，從而起到避障的效果。在實(shí)際制作時(shí)，為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，采用的是光電一體化避障傳感器E18-D80NK，該傳感器具有很高的穩(wěn)定性，使小車的行進(jìn)更加穩(wěn)定。

（3）穩(wěn)壓電源模塊

任何一個(gè)電子設(shè)備要正常工作，電源是必不可少的一個(gè)部分。電源要為系統(tǒng)提供電壓穩(wěn)定功率足夠的能量。本作品內(nèi)部共用到3個(gè)直流減速電機(jī)，這無疑增加了系統(tǒng)的功耗，該系統(tǒng)采用直流供電。用LM7805三端穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓模塊。穩(wěn)壓電源模塊如圖3所示。

圖3 穩(wěn)壓電源模塊

圖4 LM298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

（4）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

本設(shè)計(jì)為了使電路簡單可靠，采用了集成塊LM298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，LM298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS。4腳VS接電源電壓，1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引入以便電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。內(nèi)部集成了4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。同時(shí)芯片還有使能端，容易控制而且穩(wěn)定。LM298電路圖如圖4所示。

（5）1602顯示報(bào)警模塊

本作品顯示報(bào)警模塊是采用1602液晶屏顯示器，它可以顯示小車的行駛狀態(tài)，團(tuán)隊(duì)編號(hào)等。當(dāng)小車在行駛過程中遇到障礙時(shí)，對應(yīng)的障礙指示燈會(huì)點(diǎn)亮，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警響聲同時(shí)顯示器會(huì)顯示出小車的行駛狀態(tài)。LCD1602電路圖5如下。

（6）滅火電路

滅火電路的設(shè)計(jì)在本作品上是單獨(dú)采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)小水泵進(jìn)行工作的。在小車的無線監(jiān)測裝置檢測到有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，會(huì)把火災(zāi)信號(hào)發(fā)出，小車接收到后，會(huì)自動(dòng)到達(dá)指定的火災(zāi)發(fā)生處，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)水泵進(jìn)行滅火?；馂?zāi)被撲滅后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，水泵不工作，小車會(huì)沿原路返回并等待。

圖5 1602顯示單元

圖6 系統(tǒng)軟件流程圖

3.軟件部分

軟件設(shè)計(jì)在HT-IDE集成開發(fā)環(huán)境中完成，運(yùn)用C語言進(jìn)行程序的編譯與調(diào)試。軟件開發(fā)采用的是模塊化編程的方式，重點(diǎn)在于對傳感器信號(hào)的檢測數(shù)據(jù)的采集和處理。在所有模塊測試完全正確后以HT46RU232單片機(jī)為控制核心，連接所有模塊硬件電路，燒錄完整程序進(jìn)行整機(jī)測試。系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

三、系統(tǒng)測試

1.測試環(huán)境

傳感器需供電5v、電機(jī)需供電6v、單片機(jī)供電5v、鋪在普通平坦地面上的白紙黑線、用于避障的障礙物、火災(zāi)裝置等。

2.測試方法步驟

（1）將小車置于鋪有白紙黑線的平坦地面上，接通各模塊電源，開始調(diào)試。

（2）觀察液晶顯示器的顯示狀態(tài)及蜂鳴器的發(fā)生情況。

（3）閉合總電源開關(guān)，讓小車在規(guī)定的軌跡上沿著預(yù)先設(shè)定的黑線做尋跡行駛（前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、調(diào)頭、停止等）處理。

（4）小車在尋跡行駛過程中，在黑線上放置障礙和放置障礙在黑線旁邊?；蛘邌为?dú)設(shè)置障礙讓小車做避障處理。

（5）將無線火災(zāi)檢測裝置電源打開，設(shè)置人為火災(zāi)，觀察小車的狀態(tài)。

3.測試結(jié)果

系統(tǒng)測試結(jié)果表明，系統(tǒng)的各個(gè)模塊運(yùn)行正常。小車能夠做出正常的尋跡避障處理，且在小車運(yùn)行過程當(dāng)中顯示器能夠顯示出正確的運(yùn)行狀態(tài)，遇見障礙物蜂鳴器能發(fā)生報(bào)警。根據(jù)火災(zāi)在黑線上的發(fā)生地點(diǎn)，小車能夠找出具體位置并滅火成功。各設(shè)計(jì)滿足要求，測試結(jié)果運(yùn)行正常。

四、結(jié)語

本系統(tǒng)是利用HT46RU232系列單片機(jī)作為控制核心，把尋跡模塊、避障模塊、穩(wěn)壓電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、1602顯示報(bào)警模塊、滅火模塊等有機(jī)地結(jié)合起來，加上PID控制算法，經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)，智能尋跡避障小車系統(tǒng)才研究成功。在調(diào)試參數(shù)、軟件編程的過程中，遇到了許多的困難，也想了很多的解決辦法不斷運(yùn)行調(diào)試，最終才把參數(shù)調(diào)試、軟件編程、硬件調(diào)試等問題全部解決，基于單片機(jī)的智能避障系統(tǒng)才設(shè)計(jì)完成并成功實(shí)現(xiàn)各種功能。

本系統(tǒng)特色在于成本低，穩(wěn)定性好，作為一個(gè)簡單基礎(chǔ)的平臺(tái)，可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)在的交通、工業(yè)等無人控制領(lǐng)域，具有很高的研究和商業(yè)價(jià)值。

［1］張鵬. HOLTEK HT46系列單片機(jī)C語言實(shí)例教程［M］. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2010.

［2］譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第4版）［M］. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［3］胡曉光.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］. 北京：高等教育出版社，2010.

［4］童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）［M］. 北京：高等教育出版社，2006.

［5］吳光杰，王海寶.傳感器與檢測技術(shù)［M］. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2014.

［6］王曉紅.傳感器應(yīng)用技術(shù)［M］. 北京：清華大學(xué)出版社，2014.

Tracing Obstacle Avoidance Extinguishing Trolley System Design and Implementation Based on HT46RU232 Intelligent Microcontroller

WAN Jun，LV Zhi-min

（Chongqing Creation Vocational College， Chongqing， 402160， China）

This project is designed based on HT46RU232 series single chip microcomputer intelligent tracing obstacle avoidance car fire extinguishing system， the transmission infrared light by infrared light-emitting tube road， black and white have different reflection intensity， this information can be detected by infrared receiving tube. After reading the information of photoelectric sensor can determine the way forward relative to the location of the car body， car driving and make an accurate judgment when production site conditions， human can't accomplish tasks such as material handling， loading and unloading， all smart car can be used to complete the corresponding task.

HT46RU232； tracing； avoidance； extinguishing

TP273+.2

A

1008—6129（2015）03—0086—04

（責(zé)任編輯 王傲冰）

2015—04—16

萬軍（1976—），四川廣安人，重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，講師。