消防智能小车.doc

电动消防车 题 目： 电动消防车 学 院：计算机与信息工程学院 专 业：电子信息工程 班 级：09（1）班 成 员： 指导老师： 2011/7/27 摘要 本次设计CPU采用51系列单片机中的STC89C52RC完成的是学校组织的灭火机器人大赛 。完成的作品基本功能要求在规定的场地中尽快寻找到火源，然后在尽可能短的时间内 作出灭火动作。 本作品使用51单片机产生PWM波,控制小车的直流电动机，利用红处开关管探测障碍 物，使得小车能够避开障碍，找到火源，从而做出灭火动作。同时使用液晶显示各个阶 段小车的任务，使得我们对小车的运行有一个很好的了解。 关键词:51单片机 智能小车 光电开关 PWM 液晶显示 一、 设计目的 设计制作一个电动消防车，能到消防场地任意地点进行灭火作业。以蜡烛模拟火源 ，火源随机分布在场地中，消防场地如图所示。 二、要求 （1） 消防场地为白色背景，尺寸为180cm×120cm。按图中位置配置黑色线条，线条宽度为1.7 cm(30%。但场地边界不允许配置线条。场地内外均不允许再设置任何其他的引导措施。 （2） 障碍物为白色，尺寸为：长×宽×高=56cm×15cm×15cm，障碍物必须按图对称牢固固定在场 地上，位置如图所示。 （3） 车库地面为红色，车库尺寸为30cm×30cm。出发前，要求车的整体在车库内；返库时，车 头向里或向外自定，车的整体应在车库内。 （4） 车的长宽高分别不大于25cm、25cm、25cm，电池供电，在一次测试中不允许更换电池。 （6） 蜡烛直径不小于12mm，高度5~20cm，灭火时每次只允许扑灭一个蜡烛。 （7）在场地中随机放置一只蜡烛。消防车从车库启动，计时开始，消防车同时发出出库 声音提示。消防车从车库出口驶出车库，自动行走到距离火源10cm以内区域，发出火警 声音提示，停车3秒钟。 （8）消防车执行灭火工作，灭火完毕后，发出火灭声音提示。 （9）消防车经由车库出口自动返回到车库，停稳后，发出返库声音提示，计时结束。 （10）上述过程用时尽可能少。 三、 方案设计与论证 根据设计的目的与要求，经过讨论我们一致选定左手法则，即小车一直延左墙走， 当遇到障碍物就右转，直到进入火灾区时检测到白线改为右手走法，再利用蜡烛前面的 白线检测火源。因此设计的小车要求能够及时调节前进的方向，以避开障碍物，顺利找 到火源。 1. 直流调速系统 鉴于价格和功能的考虑，我们选择了直流电机，通过PWM控制小车的速度以及方向。 电机驱动部分由以下两种方案： 方案一:使用MOSFET构成H桥式驱动电路，利用PWM波形来控制小车的速度，再用单片 机两个I/O口控制电机旋转方向，此电路驱动功率比较大，小车的转速比较快。 方案二：采用直流电机驱动芯片L298N来驱动小车的电机。 L298N作为集成芯片，一块芯片能够输出两路PWM波形，控制两个电机，相对于由MO SFET构成的H桥式驱动电路来说具有电路焊接简单，焊接完成后不易出差错的优点。二者 价格上差别不大，所以我们优先选择了方案二。 2. 避障电路的设计 为了能够使小车快速地找到火源所在的房间，就要求避障系统比较灵敏，遇到障碍物迅 速躲避，对于避障电路有以下三种方案： 方案一：使用红外开关管ST168来避障 方案二：使用光电开关E3F3-DS5ON1 方案三：使用超声波避障电路 由于ST168的探测距离太近，而小车的速度不能太慢，ST168那一系列的红外开关管不能 够满足要求。方案二中的光电开关，探测距离能够达到1m，而且抗干扰能力也比较强， 但是透镜容易受到粉尘和油污的污染，透镜一旦弄脏，不仅使光束散乱，又会挡住了一 部分光，所以不选方案二。对于超声波测距电路，能检测范围在0.1- 2.00m,测量精度1cm，测量时与被测物无直接接触，能够清晰地显示结果。LM567可应用 于超声波遥控测距电路，因此我们采用了LM567芯片，用LM567发出一定频率的脉冲来抗 干扰，测到障碍物输出低电平给单片机，单片机通过识别高低电平来判断是否遇到障碍 物，通过程序设计控制四个减速电机的快慢，后退,左转，直走，右转来绕过障碍物。' 3. 寻迹电路模块设计 这里的循迹是指小车在白色地板上旬黑线行走，通常采取的办法是下两种方案: 方案一：用红外发射管和接收管自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，但是工作不够稳定，且容易受 外界光线的影响，因此我放弃了这个方案。 方案二：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是 一个砷化镓红