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1、 校十期课题题 目： 智能消防车 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信 061 姓 名： 学 号： 指导老师： 成 绩： ( 2009.3)浙江师范大学校十期课题-智能消防车1智能消防车目录摘要 2关键词 21 设计任务 22 模块设计 32.1 系统框图32.2 模块方案论证比较32.2.1 车载控制器模块32.2.2 寻迹模块32.2.3 避障模块42.2.4 寻火模块42.2.5 灭火模块42.2.6 电机驱动模块52.2.7 测速计程模块52.2.8 车载显示模块52.2.9 无线收发模块52.2.10 站台显示模块 53 最终设计方案 64 硬件电路设计 64.1 主控制器模块 6
2、4.2 寻迹模块 64.3 车载显示模块 74.4 数据处理和风扇驱动模块 74.5 电机驱动模块 84.6 无线通信模块 84.7 站台控制模块 85 软件设计96 结论 97 结束语 98 参考文献10附录 实物图片 11浙江师范大学校十期课题-智能消防车2智 能 消 防 车摘要：智能消防车是以 STC 单片机为控制核心，加以直流电机、寻迹模块、避障模块、寻火模块、灭火模块、显示模块、无线模块以及其他电路构成。根据采集的数据，由STC89C58RD 控制两个直流电机来控制消防车的车速和运行方向。在由控制平台发出控制命令后，消防车开始运行，消防车找到火源后由灭火模块灭火，再通过无线模块将灭火
3、数目和行驶路程以及其他信息远程传送给显示台。在灭火完毕后，消防车自动返回到起点等待下一次命令。关键词：STC89C58RD 直流电机 寻迹模块 避障模块 寻火模块 灭火模块 显示模块 无线模块 无线通信 1 设计任务设计制作一个消防智能小车模型，能到制定区域进行抢险灭火工作。以蜡烛模拟火源，随机分布在场地中，场地如图 1-1 所示：图 1-1 实验场地（1）智能小车从安全区域启动，自动寻找到火源并显示。（2）在火源区智能小车能够发现其中火焰并将其扑灭。（3）能够自动计算和显示扑灭的火源数。（4）能够自动计算和显示路程。浙江师范大学校十期课题-智能消防车32 模块设计2.1 系统框图根据题目要求
4、，本系统主要由直流电机、寻迹模块、避障模块、寻火模块、灭火模块、显示模块、无线模块以及其他电路构成本系统的方框图如图 2-1 所示：STC8958RD1602 STC STC8958RD12864图 2-1 系统方框图2.2模块方案比较论证2.2.1 车载控制器模块方案 1：采用可编程逻辑器件 CPLD 作为控制器。CPLD 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO 资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放
5、弃了此方案。方案 2：采用 Atmel 公司的 AT89C51 单片机作为主控制器。AT89C51 是一个低功耗，高性能的 51 内核的 CMOS 8 位单片机，片内含 4k 空间的可反复擦些 1000 次的 Flash 只读存储器，具有 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ， 32 个 IO 口，2 个 16 位可编程定时计数器。方案 3：采用 STC 89C58RD+单片机作为主控制器。STC 单片机与 Atmel 公司的单片机指令完全兼容，而且 STC 单片机内部电源供电系统、时钟和复位电路经过特殊处理，解决了很多干扰从电源、时钟和复位电路进入单片机的忧虑。因此，STC
6、单片机具有更强的抗干扰能力。在实际应用中，由于外部的干扰，单片机的串口通信和无线通信可能会受到环境的干扰，从而导致信息的传输错误，而 STC 单片机就具有超强的抗干扰能力，其功能齐全，内部资源丰富，能够满足系统的要求。所以选择 STC 单片机作为主控制器。2.2.2 寻迹模块方案 1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比浙江师范大学校十期课题-智能消防车4较器就可以输出高低电平。方案 2：用红外发射管和接收管自
7、己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求。由于光敏电阻受光照影响很大，不能够稳定的工作。而用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器，虽然也会受外界光线的影响，但是用过用黑色电工胶带将接受管包住后可以大大减少外界干扰。所以选择红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。2.2.3 避障模块方案 1：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍
8、物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。方案 2：用红外光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束，被物体阻断或部分反射，受光器最终据此作出判断反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。超声波传感器工作时需要 40KHz 的方波信号，而且它对工作频率要求较高，偏差在1内，所以用模拟电路来做方波发生器比较难以实现。若用单片机来作方波发生器就过多的占用了 CPU 时间。而光电开关 E3F-DS10C4 操作简单，使用方便。当有光线反射
9、回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。所以选择用红外光电开关进行避障。2.2.4 寻火模块火焰检测有温度传感器、烟雾传感器、红外传感器、紫外传感器以及 CCD 图像传感器。我们综合论证了这几种传感器，制定了如下几种方案。方案 1：用温度传感器如热电偶，热电偶在工业应用上十分广泛。但是热电偶感应的范围太广，而且由于火焰只是周围温度稍高且范围较窄。试验验证用热电偶检测火焰精度不高，因此我们放弃了此方案。方案 2：用烟雾传感器作为寻火传感器。烟雾传感器广泛应用与火警检测。但是由于此题目的火源是用蜡烛模拟的，没有太大的烟雾，因此用烟雾传感器作为此小型电动车的火焰传感器也不够实用，因此我
10、们放弃了此方案。方案 3：用红外传感器作为寻火传感器。红外传感器可以检测到由蜡烛发出的红外光，而且具有较远的检测距离远和检测准确度。很适用于本题目的要求。因此我们选择了方案 5。在火焰传感器模块的设计中，我们在车体的前头的两侧离地大约 1520cm（相当于火焰高度）处安装远红外火焰传感器，且每一侧装有两个。由于火焰传感器的检测距离很远，为了避免错误检测远处火焰的情况的出现，我们把每一侧的较低的传感器用黑色塑料纸包住。经实验验证，这样处理过的火焰传感器只能检测 10cm 以内的火焰，而对远距离的火焰没有反应。2.2.5 灭火模块方案 1：用水灭火。灭火，大多数人首先想到的都是水，当然这是无可厚非
11、的，水可以很好的将蜡烛浇灭。但是，用水在机械结构上就会较为复杂，而且操作复杂，在硬件制作和软件设计上都有比较大的难度。方案 2：用风扇灭火。虽风能助火势，但是在火源较小时，也可以用风扇将火吹灭。浙江师范大学校十期课题-智能消防车5通过光耦隔离和驱动电路带动直流电机，可以迅速地将蜡烛吹灭。风扇灭火已经可以满足模拟灭火需求，而且风扇在硬件制作和软件编程上更简单、更容易操控，所以选择风扇灭火。2.2.6 电机驱动模块方案 1：采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片。L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片 L298N 可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用
12、该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案 2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。因此我们选用了方案 1。2.2.7 测速计程模块方案 1：用霍耳传感器进行测速。利用霍耳效应，在车轮的内侧装上一条细磁铁，把霍耳传感器同样装在车轮的内侧，通过测量脉冲的个数就可以测得路程。霍耳传感器是非接触式测量，而且对灰尘、湿度、振动等环境条件不敏感。特性也不随时间而变化。方案 2：用光电开光进行测速计程。在车轮的外侧贴一个扇形码盘，用光电对管对码盘进行检测。通过不断地遮挡接受管就会使输出产生脉冲信号。将脉冲信号送给单片机进行检测就可以得到轮子的转速。虽然霍耳传感器具有众多优点，但是由于模型车较小，比较细小的磁铁不易寻找。而且利用光电开关具有更高的精度，所以采用光电开光进行测速计程。2.2.8 车载显示模块方案 1：用 8 位数码管进行显示小车走过的路程，灭火时间和数目。用 8X8 的 LED 点阵显示
