單片機(jī)循跡尋光滅火小車設(shè)計(jì)原理圖PCB+程序

ID:444484 · 發(fā)表于 2018-12-11 21:51

一、選題的背景與意義

最近幾十年中，大量的高層、地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不能快速高效的滅火。為了解決這一問題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機(jī)器人研究被提到了議事日程。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也為這一要求的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證，使得消防機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。
從二十世紀(jì)八十年代開始，世界許多國(guó)家都進(jìn)行了消防機(jī)器人的研究。美國(guó)和蘇聯(lián)最早進(jìn)行消防機(jī)器人的研究，而后日本、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家都紛紛開展了消防機(jī)器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機(jī)器人用于各種火災(zāi)場(chǎng)合。
從功能上劃分，目前的消防機(jī)器人有下列幾類：滅火機(jī)器人、偵察機(jī)器人、攀登營(yíng)救機(jī)器人和救護(hù)機(jī)器人。從控制方式來分，消防機(jī)器人可分為遙控消防機(jī)器人和自主消防機(jī)器人。
我國(guó)從八十年代末期開始消防機(jī)器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機(jī)器人的研究中取得了大量的成果，"自行式消防炮"已經(jīng)投入市場(chǎng)，"履帶輪式消防滅火偵察機(jī)器人"也于2000年6月通過了國(guó)家驗(yàn)收。但是，我國(guó)消防機(jī)器人的研究還處在初級(jí)階段，還有許多有待研究的問題。比如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員不可能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)高處的火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時(shí)極易中毒。研制能夠用于這些場(chǎng)合的偵察滅火機(jī)器人，協(xié)助消防人員進(jìn)行火災(zāi)的定位和滅火，將有極大的社會(huì)意義。

研究?jī)?nèi)容與擬解決的主要問題

機(jī)器人控制器是一個(gè)多任務(wù)并行執(zhí)行的實(shí)時(shí)控制器。在軟件實(shí)現(xiàn)上，滅火機(jī)器人除了要協(xié)調(diào)控制各個(gè)不同功用的電機(jī)，還需要對(duì)紅外、光敏等多種傳感器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、處理等。采用c語(yǔ)言可以方便快捷的編寫程序。這里對(duì)滅火機(jī)器人的每種功能進(jìn)行模塊化處理。總體的思路是：在地面上貼一條隨意的黑線（可用黑膠布），機(jī)器人（小車）可以沿著這條黑線行走，不會(huì)到處亂跑，在機(jī)器人行走的途中放置火源（發(fā)光的燈泡），機(jī)器人在行走到火源附近能夠發(fā)現(xiàn)火源并能夠行走到火源附近進(jìn)行滅火（小車上的風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)），滅火后（風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)）機(jī)器人還能回到原本設(shè)定的路線繼續(xù)往下行走。。。實(shí)現(xiàn)起來最基本的就是使機(jī)器人能夠順利沿著設(shè)定的路線進(jìn)行直線行走和拐彎，這一模塊稱為尋跡(直行時(shí)四個(gè)輪子同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，左轉(zhuǎn)時(shí)，左前左后輪子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，右前右后輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。右轉(zhuǎn)時(shí)，右前右后輪子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左前左后輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。來實(shí)行各種轉(zhuǎn)彎）具體為：

　　(1)若正前距離很大，同時(shí)右前的距離稍小時(shí)，右邊的紅外傳感器快離開檢測(cè)范圍，執(zhí)行左轉(zhuǎn)微調(diào);

　　(2)若正前距離很大，同時(shí)右前的距離稍大時(shí)，右邊的紅外傳感器快離開檢測(cè)范圍，執(zhí)行右轉(zhuǎn)微調(diào);

　　(3)若正前距離很大，右前距離適中，就直行;

　　(4)若正前距離比較小，右前距離也比較小時(shí)，機(jī)器人左轉(zhuǎn);

　　(5)右前距離很大時(shí)，機(jī)器人執(zhí)行右轉(zhuǎn)彎。

　　其中：(1)～(3)保證了在走直線時(shí)可以走直，通過不斷調(diào)整，使機(jī)器人始終運(yùn)行在黑線上面(4)～(5)保證了機(jī)器人順利拐彎。具體的參數(shù)必須在不斷試驗(yàn)中反復(fù)調(diào)節(jié)。知道這個(gè)機(jī)器人可以順利的完成所指定的動(dòng)作。

技術(shù)路線、研究方案與可行性分析

3.1技術(shù)路線

制造一個(gè)自主控制的機(jī)器人，它可以按照你給定的路線行走，找到光源并盡快的行走到光源附近，啟動(dòng)風(fēng)扇（相當(dāng)于滅火），滅火后還可以按照以前的路線繼續(xù)前進(jìn)。這個(gè)工作受地面摩擦、機(jī)器人慣性、機(jī)器人電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)差、電壓變化等多個(gè)因素影響，它模擬了現(xiàn)實(shí)機(jī)器人處理火警的過程，燈泡代表燃起的火源，機(jī)器人必須找到并熄滅它。下面為機(jī)器人滅火的一般特性以及系統(tǒng)的構(gòu)成：

被控對(duì)象特性

3.2研究方案

本方案具有以下七個(gè)模塊組成：控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊、滅火模塊、電源模塊、循線模塊、尋光模塊。

控制模塊

采用STC89C52RC單片機(jī)作為本系統(tǒng)的核心控制芯片。能對(duì)其進(jìn)行一系列處理，根據(jù)處理結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電機(jī)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，并能控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行滅火操作。

驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)模塊采用L298芯片與兩個(gè)直流電機(jī)，該芯片能夠接收單片機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

3. 傳感器模塊

傳感器模塊采用紅外傳感器(st188)和光敏電阻(光敏二級(jí)管)傳感器兩種傳感器，紅外傳感器探測(cè)行進(jìn)路面，光敏電阻傳感器探測(cè)前方的光源（火焰），并將探測(cè)到的數(shù)據(jù)傳到STC89C52RC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

滅火模塊

滅火模塊采用12V直流風(fēng)扇，用5V電磁繼電器作為控制開關(guān)控制風(fēng)扇的停轉(zhuǎn)。

5. 電源模塊

2200毫安的鋰電池，使機(jī)器人動(dòng)作的正常運(yùn)行。

循線模塊

它是指小車在白色地板上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。

7.尋光模塊

尋光模塊是根據(jù)電阻阻值的大小變化引起電壓的變化，與給定值作比較，發(fā)送給單片機(jī)，當(dāng)大于給定值則為1（高），當(dāng)小于給定值則為0（低）。然后由單片機(jī)來控制機(jī)器人的各種動(dòng)作。

3.3可行性分析:

本設(shè)計(jì)的控制芯片是采用STC89C52RC，另外還采用了L298芯片，以及紅外傳感器（例如ST188）和光敏二級(jí)管（或者光敏三級(jí)管）。滅火模塊采用的是12V的直流風(fēng)扇。

智能滅火機(jī)器人是以STC89C52RC單片機(jī)為核心的，STC89C52RC是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。采用L298芯片的驅(qū)動(dòng)模塊可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，初始方案中使用玩具四驅(qū)車上附帶的電機(jī)。利用L298 及其外部輔助電路構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路雙電源供電, 可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中獨(dú)立電源的增加將會(huì)使車體變重,從而影響小車運(yùn)行效果。最終方案決定采用雙直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大, 體積小,重量輕, 裝配簡(jiǎn)單,使用方便, 價(jià)格比步進(jìn)電機(jī)要便宜。。而紅外傳感器則是內(nèi)部發(fā)射特殊紅外線光波，相當(dāng)數(shù)據(jù)流，也就是數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)成紅外信號(hào)---紅外信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)（達(dá)到控制，信號(hào)傳輸?shù)男Ч簿褪窃诎咨牡孛嫔腺N上的黑膠布，紅外傳感器對(duì)于白色和黑色是具有一定的分辨能力來控制小車應(yīng)該往哪走的。光敏二級(jí)管則是用于探測(cè)我們給定的光源的（也就相當(dāng)于火源），光敏二級(jí)管在無光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。因此可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。因此，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可行。

當(dāng)然，還存在很多不可預(yù)測(cè)的問題，例如環(huán)境的因素，數(shù)據(jù)的調(diào)試，光照強(qiáng)度的因素等等。但是，在具體設(shè)計(jì)過程中遇到問題后通過分析最后將問題解決或者獲得實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)也都是有益的。

單片機(jī)源程序如下:

#include<reg52.h>
#include <intrins.h>
/********IO引腳定義***********************************************************/
sbit SPK=P3^7; //蜂鳴器驅(qū)動(dòng)引腳
sbit LED1=P0^0; //LED
sbit LED2=P0^1; //
sbit gy=P1^2; //光敏電阻右
sbit g0=P1^3; // 中
sbit gz=P1^4; // 左
sbit d1=P1^0; //對(duì)管右黑線高電平(==1)
sbit d2=P1^1; // 左
sbit a1=P2^0; //電機(jī)驅(qū)動(dòng)
sbit a2=P2^1;
sbit b1=P2^2;
sbit b2=P2^3;
sbit f1=P2^4; //風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)
sbit f2=P2^5; //
/************************************************
延時(shí)函數(shù)
************************************************/
void DelayMs(unsigned int timer) //參數(shù) 整型timer 大小范圍 0-65536，決定延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短
{
int x,y;
for(x=timer;x>0;x--)
for(y=120;y>0;y--);
}
/************************************************
電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)函數(shù)定義
************************************************/
/*** 前進(jìn) ***/
void QianJin()
{
a1=0;
a2=1;
b1=0;
b2=1;
}
/*** 后退***/
void HaoDu()
{
a1=1;
a2=0;
b1=1;
b2=0;
}
/*** 左轉(zhuǎn) ***/
void ZuoZhuan()
{
a1=1;
a2=0;
b1=0;
b2=1;
}
/*** 右轉(zhuǎn) ***/
void YouZhuan()
{
a1=0;
a2=1;
b1=1;
b2=0;
}
/*** 停止 ***/
void Stop()
{
a1=1;
a2=1;
b1=1;
b2=1;
}
/************************************************
風(fēng)扇函數(shù)定義
************************************************/
void Feng()
{
f1=1;f2=0;
DelayMs(3000);//風(fēng)扇轉(zhuǎn)3秒
f1=1;f2=1;
SPK=0;
DelayMs(1000);
SPK=1;
}
/************************************************
循跡子程序
************************************************/
void xunjin()
{
Stop();
LED1=1;LED2=1;
while(d1==0&&d2==0)
{
LED1=1;LED2=1;
QianJin();
}
while(d1==1&&d2==0)
{ LED1=0;
YouZhuan();DelayMs(200);
}
while(d1==0&&d2==1)
{ LED2=0;
ZuoZhuan();DelayMs(200);
}
while(d1==1&&d2==1)
{
Stop();LED1=1;LED2=1;
}
}
/*
******************************************************************************************
** 函數(shù)名稱: main
** 函數(shù)功能: 主函數(shù)
** 入口參數(shù): 無
** 出口參數(shù): 無
******************************************************************************************
*/
void main()
{
while(1)
{
Stop();
LED1=1;LED2=1;
while(d1==0&&d2==0)//兩個(gè)對(duì)管檢測(cè)到白紙前進(jìn)
{
LED1=1;LED2=1;
QianJin();
/*如果右邊光敏檢測(cè)到光源右轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)光源則前往光源執(zhí)行滅火程序 */
if(gy==0){
while(g0==1)YouZhuan();DelayMs(50);
QianJin();DelayMs(2000);//前進(jìn)距離
Stop();
Feng();//如果滅燈模擬滅火則用while(g0==0){f1=1;f2=0;}f1=1;f2=1;SPK=0;DelayMs(1000);SPK=1;
while(d1==0&&d2==0)HaoDu();
QianJin();DelayMs(500);
while(d1==0)ZuoZhuan();
while(1)xunjin();
}
/*如果左邊光敏檢測(cè)到光源右轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)光源則前往光源執(zhí)行滅火程序 */
if(gz==0){
while(g0==1)ZuoZhuan();DelayMs(50);
QianJin();DelayMs(2000);//前進(jìn)距離
Stop();
Feng();//如果滅燈模擬滅火則用while(g0==0){f1=1;f2=0;}f1=1;f2=1;SPK=0;DelayMs(1000);SPK=1;
while(d1==0&&d2==0)HaoDu();
QianJin();DelayMs(500);
while(d2==0)YouZhuan();
while(1)xunjin();
}
}
……………………
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ID:296551 · 發(fā)表于 2019-5-3 17:45

你好！請(qǐng)問可以幫忙畫一下總的電路圖嗎？

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