智能消防小車的設(shè)計(jì)

趙玲峰，張俊翔，李紀(jì)寧，紀(jì)正東

（廣西大學(xué)行健文理學(xué)院，南寧，530005）

智能消防小車的設(shè)計(jì)

趙玲峰，張俊翔，李紀(jì)寧，紀(jì)正東

（廣西大學(xué)行健文理學(xué)院，南寧，530005）

本智能電動(dòng)消防車以硬化塑料為底盤，以STC89C52單片機(jī)為控制核心，配合L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及火焰?zhèn)鞲衅?，合理的利用了整個(gè)芯片以及各個(gè)部件的綜合性能，采用火焰?zhèn)鞲衅鲗ο灎T進(jìn)行探測，將信息反饋到單片機(jī)上從而利用水瓶滅火。

單片機(jī)；熱能跟蹤；滅火

隨著科技的快速發(fā)展，國內(nèi)外對小型智能系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，種類也越來越多。本題目就是結(jié)合有關(guān)科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題，所設(shè)計(jì)的智能尋跡滅火小車應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)火源、自動(dòng)尋跡、自動(dòng)前進(jìn)接近火源并完成滅火任務(wù)的功能。本設(shè)計(jì)通過采用STC89C52單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)對小車的智能控制。該控制系統(tǒng)不僅在智能小車中有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，在汽車應(yīng)用、智能機(jī)器人等方面都有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，尤其是在機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相聯(lián)系，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　設(shè)計(jì)方案

采用塑料車板為車模。通過小車原地旋轉(zhuǎn)探測火源信息反饋到STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)控制以L298N芯片為主的驅(qū)動(dòng)電路向火源方向前進(jìn)并進(jìn)行滅火，即自動(dòng)探測火源，智能滅火。根據(jù)智能消防車方案的設(shè)計(jì)，智能車共包括四個(gè)傳感器模塊、STC89C52模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊等四個(gè)模塊。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2　系統(tǒng)各模塊實(shí)現(xiàn)簡介

2.1傳感器模塊

傳感器模塊為火焰?zhèn)鞲衅鳌；鹧鎮(zhèn)鞲衅髫?fù)責(zé)感知外部世界的火源信息，為智能車實(shí)現(xiàn)智能滅火提供所需的信息。火焰探測器會(huì)自動(dòng)探測小車前方是否有火源，然后把對應(yīng)的信號以高低電平的形式傳送給CPU。紅外探測器能夠自動(dòng)正確、快速地感應(yīng)火源，其靈敏度可調(diào)，性能好，可靠行高，而且靈活方便。該火焰?zhèn)鞲衅骺梢詸z測火焰或者波長在760納米～1100納米范圍內(nèi)的光源，打火機(jī)測試火焰距離為80cm，對火焰越大，測試距離越遠(yuǎn)，探測角度60度左右，對火焰光譜特別靈敏。小板輸出接口可以與單片機(jī)IO口直接相連傳感器與火焰要保持一定距離，以免高溫?fù)p壞傳感器，對打火機(jī)測試火焰距離為80cm，對火焰越大，測試距離越遠(yuǎn)。

2.2控制器模塊

STC89C52單片機(jī)是整個(gè)小車系統(tǒng)的核心，其對各種輸入信號進(jìn)行處理和分析，并作出相應(yīng)的控制。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

2.3電源模塊

把電壓為7.2V的電池經(jīng)7805穩(wěn)壓后，其電路圖如下：穩(wěn)壓后可以完成如下功能：經(jīng)過穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓后，輸出5V電壓以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，同時(shí)經(jīng)過穩(wěn)壓芯片7穩(wěn)壓后，輸出5V電壓以對火焰?zhèn)鞲衅鞴╇?，電源設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2　電源設(shè)計(jì)原理圖

2.4驅(qū)動(dòng)模塊

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，L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號；電路簡單，使用比較方便。

2.5滅火模塊

如圖3所示，滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)由5v電源供電。利用三級管的開關(guān)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)停。當(dāng)單片機(jī)給低電平時(shí)，風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)吹滅火焰，否則不轉(zhuǎn)。

圖3　滅火風(fēng)扇原理圖

3　程序?qū)崿F(xiàn)

為了體現(xiàn)程序的模塊性和可移植性，把程序分成各個(gè)模塊進(jìn)行分別處理，而各模塊也有相應(yīng)的形參做為接口，可以做到可移植性，通用性。程序上電運(yùn)行后，便進(jìn)行單片機(jī)的初始化。初始化的工作包括有兩部分，一部分是對于單片機(jī)各個(gè)應(yīng)用到的模塊進(jìn)行初始化。第二部分是應(yīng)用程序初始化，是對于智能消防車控制程序中應(yīng)用到的變量值進(jìn)行初始化。 初始化完成后，進(jìn)入火源方向探測程序。該程序通過火焰?zhèn)鞲衅骶_得到火源方向以及車離火源的距離。程序在主循環(huán)中不停地監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。滅火電機(jī)上電噴水滅火。程序流程圖如圖4所示。

4　結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的小車的特點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋路找到火源，滅火全程均為自動(dòng)，不需要人員干擾、遙控。但由于火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測角度為60度，并不能在安全區(qū)檢測到整張地圖，所以對于火源的位置有一定的局限。解決這一問題可以使用多個(gè)遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髋帕谐梢欢ń嵌?，?shí)現(xiàn)對全地圖的檢測。本文設(shè)計(jì)的智能小車有一定的現(xiàn)實(shí)意義和市場價(jià)值。

圖4　程序流程圖

［1］翟玉文.梁偉.艾學(xué)忠.電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐［M］.北京：中國電力出版社，2005.256-257.

［2］張景元.基于單片機(jī)的多用途定時(shí)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子工程師，2000年第8期22-31.

［3］張專成.趙懷勛.單片機(jī)測控系統(tǒng)中的監(jiān)視定時(shí)器［J］.武警技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，Mar 1997.

［4］馮成龍.傳感器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目化教程.北京：清華大學(xué)出版社；北京交通大學(xué)出版社，2009.7

Design of intelligent fire fighting vehicle

Zhao Lingfeng，Zhang Junxiang，Li Jining，Ji Zhengdong
（Guangxi University XingJian College of Science and Liberal Arts，530005）

The intelligent electric vehicle to fire hardened plastic chassis，STC89C52 microcontroller to control the core，with the L298N motor drive module and flame sensor，reasonable use of the comprehensive performance of the whole chip and each component，using flame sensor to detect the candle，feedback to the microcontroller to use fire extinguisher bottle.

single chip microcomputer；heat tracing；fire extinguishing

廣西大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目、廣西大學(xué)行健文理學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目