避障滅火小車設(shè)計(jì)

陳松偉 劉義明

摘 要：隨著科技的發(fā)展，各行各業(yè)都需要更加高效的方式去完成任務(wù)，此設(shè)計(jì)是以STC89C52為主控芯片的智能小車，系統(tǒng)由電源模塊、避障模塊、尋火模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和滅火模塊組成。在封閉的室內(nèi)，蠟燭模擬火源的狀態(tài)下，該小車能在無(wú)人控制的情況下實(shí)現(xiàn)躲避障礙、尋找火源、實(shí)時(shí)監(jiān)控火源狀態(tài)和滅火的功能。

關(guān)鍵詞：AT89S52 滅火 避障 智能小車；

0 前言

目前，大多數(shù)地方的防火和滅火工作主要還靠傳統(tǒng)人力來(lái)完成，但隨著科技的發(fā)展，單靠人力來(lái)完成防火、滅火工作已經(jīng)滿足不了一些復(fù)雜火災(zāi)的發(fā)生，更加智能快速的滅火方式可以有效地保護(hù)社會(huì)財(cái)產(chǎn)和人員的安全，因此本設(shè)計(jì)中使用智能避障滅火小車來(lái)防火滅火有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 總體設(shè)計(jì)方案

該避障滅火小車以二驅(qū)動(dòng)小車為載體，由6個(gè)功能模塊構(gòu)成。電源采用三節(jié)3.7 V鋰電池并搭配穩(wěn)壓管來(lái)作為簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓電源，選用L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等功能，以AT89S52芯片為系統(tǒng)控制核心，使用紅外避障模塊進(jìn)行避障，另外加上火焰?zhèn)鞲衅髂K進(jìn)行探尋火源，而滅火采用的是風(fēng)扇模擬滅火模塊。小車在工作狀態(tài)中火焰?zhèn)鞲衅骱图t外避障模塊會(huì)一直工作并發(fā)出信號(hào)，當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅髂K探測(cè)到火源或紅外避障模塊識(shí)別到障礙時(shí)，返回信息給主控制器，主控制器控制驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)一步控制小車完成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等動(dòng)作，當(dāng)小車靠近火源時(shí)，主控制器會(huì)發(fā)出信號(hào)給滅火模塊進(jìn)行滅火操作，同時(shí)火焰?zhèn)鞲衅鲿?huì)一直檢測(cè)火源的狀態(tài)，實(shí)時(shí)反饋給主控制器。而最后利用Keil的開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行編寫調(diào)試。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)

采用AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制中心，AT89S52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)器有和32個(gè)I/0接口在單芯片上，雖然內(nèi)部資源相對(duì)較少，運(yùn)行速度慢，功能較為單一， 但是價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、使用方便、外圍電路成熟。

2.2 電源模塊的設(shè)計(jì)

采用三節(jié)可充電的18650電池來(lái)供電，經(jīng)過(guò)LN7805穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后給單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)芯片、電機(jī)等電路供電。這種方法電源經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后到單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)芯片、電機(jī)等電路電壓達(dá)到了4.9V，小車的工作性能很穩(wěn)定，電機(jī)帶動(dòng)車輪走起來(lái)的速度適中，尋跡效果也很好，而且價(jià)格便宜，就我們實(shí)驗(yàn)和演示而言，我們最后決定用這種方案。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

方案一：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，它響應(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。

方案二：對(duì)于直流電機(jī)用分立式原件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，有分立元件構(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。

基于上述的比較分析，雖然直流電機(jī)用分立式原件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但是考慮到小車工作的穩(wěn)定性，我們采用了專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

2.4 避障模塊

智能小車避障檢測(cè)的傳感器采用紅外反射式傳感器ST188。在避障的測(cè)試中，室內(nèi)無(wú)障礙的情況下，發(fā)射管發(fā)射的紅外線沒(méi)有反射到接收管，測(cè)量接收管的電壓為4.8V；有障礙物情況下，接收管接受到發(fā)射管發(fā)射的紅外線，電阻發(fā)生變化，所分得的電壓也就隨之發(fā) 生變化，測(cè)的接收管的電壓為0.5V。判斷有無(wú)障礙物使用比較器LM324，比較基準(zhǔn)電壓由30K的變阻器調(diào)節(jié)。

2.5 尋火模塊

火焰檢測(cè)模塊主要使用火焰?zhèn)鞲衅?，將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器反映為0～255范圍內(nèi)數(shù)值的變化，外界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越??；紅外光越弱，數(shù)值越大，探測(cè)角度為60°，為了準(zhǔn)確判斷火源與小車的位置，小車上設(shè)置了5個(gè)火焰?zhèn)鞲衅?，型?hào)為R2868，從正前方呈30°夾角對(duì)稱排列，這樣就可以發(fā)現(xiàn)小車前方180°范圍的火源。

2.6 滅火模塊

滅火功能模塊我們采用了風(fēng)力作為滅火源，而風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)模塊我們選擇MOS管電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)有穩(wěn)定、轉(zhuǎn)速快，操作方便的特點(diǎn)，且價(jià)格適宜。當(dāng)尋火模塊識(shí)別到火源時(shí)，主控制器傳遞信號(hào)給滅火模塊，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到滅火的目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)的軟件部分借助于keil軟件平臺(tái)完成，軟件開(kāi)發(fā)采用的是模塊化程序，將程序分成若干個(gè)子程，然后進(jìn)行每個(gè)模塊程序的逐一編寫，簡(jiǎn)潔明了，便于調(diào)試。

打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，主控制器通電，先對(duì)避障模塊、尋火模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和滅火模塊進(jìn)行初始化，小車開(kāi)始工作，在封閉的室內(nèi)進(jìn)行火源探測(cè)，行進(jìn)途中識(shí)別到障礙時(shí)，小車會(huì)通過(guò)左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)和倒車進(jìn)行躲避障礙，直至探測(cè)到火源，小車執(zhí)行滅火操作，同時(shí)小車會(huì)對(duì)火源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將火源信息反饋給主控制器，當(dāng)監(jiān)測(cè)到火源被熄滅后小車會(huì)結(jié)束滅火操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的智能避障滅火小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)作為平臺(tái)，采用電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、尋火模塊、避障模塊、滅火模塊等，能完成在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地上正常行駛、躲避障礙、尋找火源位置、滅火和監(jiān)測(cè)火源狀態(tài)等功能，此設(shè)計(jì)在功能實(shí)現(xiàn)上還有進(jìn)一步提升空間，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中可將紅外避障模塊改用快速捕捉移動(dòng)物體的高清攝像頭，以此采集小車行駛過(guò)程中前方及周圍情況的障礙物信息，同時(shí)增加尋火模塊的數(shù)量或更換為更為靈敏的傳感器，小車工作的效率會(huì)大大提升。

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