智能消防小车的设计与实现Word文件下载.docx
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12电气工程及其自动化
(2)班
姓 名:
刘亚东
指导教师:
张国旭
2016年6月1日
摘要
本智能消防小车采用STC89C52单片机为主控,由火焰传感器、避障传感器、3路寻线传感器和电机等器件组装而成。
小车可以实现自动寻找火源、自动靠近火源和自动灭火等设计的核心功能。
除此之外,小车还可以实现在指定区域内行驶,当遇到障碍物时,能避开障碍物等功能。
3路寻线模块是由反射式光电传感器和比较器组成,当采集到信号时会传送给单片机进行数据处理;
避障模块主要是由红外避障传感器构成,通过发射器发射红外光,当被接收器接收到时,证明前方有障碍物;
灭火模块由升压电路和灭火风扇组成,再以L293D为核心的电机驱动模块作为电机驱动电路,完成灭火功能。
程序设计采用的是C51编程,将各个模块组装在一起后,结合程序,通过单片机的控制,最终完成小车的设计。
本设计详细地介绍了各传感器的原理和特点,以及STC公司所生产的STC89C52的性能和应用。
并在分析智能消防小车灭火的基础上,进一步指出设计的不足,然后进行改进。
关键词:
单片机传感器避障灭火
DesignandRealizationofintelligentfirecontrolcar
Abstract
TheintelligentfirecaradoptsSTC89C52single-chipmicrocomputerasthemaster,bytheflamesensor,obstacleavoidancesensor,3roadlinedevicessuchassensorsandmotorassembled.Carcanrealizeautomaticlookingforfire,automaticnearthefiresourceandthedesignofthecorefunctionssuchasautomaticfireextinguishing.Inaddition,thecarcanalsobeimplementedinthedesignatedarea,whenfacedwithobstacles,canavoidobstacles,andotherfunctions.
3roadtrackingmoduleiscomposedofreflectiontypephotoelectricsensorandcomparator,whencollectedsignalstransmittedtothemicrocontrollerfordataprocessing;
Obstacleavoidancemodulemainlyconsistsofinfraredsensorofobstacleavoidance,throughinfraredtransmitterlaunch,whenthereceiver,thenprovetheobstaclesahead;
Fireextinguishingmoduleiscomposedofboostercircuitandfirefan,againwithacoreofL293Dmotordrivermoduleasamotordrivecircuit,completefunctionoffire.ProgrammingusingC51programming,aftervariousmodulesassembledtogether,combiningwiththeprogram,throughtheMCUcontrol,finallycompletedthedesignofthecar.
Thisdesignwereintroducedindetail,theprinciplesandcharacteristicsofvarioussensors,aswellasonSTCcompanyproducesSTC89C52performanceandapplication.Andonthebasisoftheanalysisofintelligentfirecarfire,furtherpointsouttheshortcomingsofthedesign,andthentoimprove.
Keywords:
singlechipmircocomputer;
sensor;
obstacleavoidence;
firefighting
1引言
1.1设计目的及意义
在各种灾害中,对公共安全和社会发展危害最大的,且最常见、最普遍的,火灾毫无疑问是其中之一。
无论是在农村还是在城市都会出现不同程度的火灾,尤其是在城市,随着中国城镇化速度的加快,火灾的类型和程度出现了变化。
为了更好地解决这些问题,提高灭火工具的功能就成了不可回避的问题,而在灭火工具中能应对较大火灾非常有效工具无疑是消防车。
消防车是人们用于灭火、辅助灭火或消防救援的机动消防装备,是按照不同施救对象和灭火战斗需要而设计制造的适于消防人员乘用、装备各类消防工具或灭火剂的专用车辆,已成为消防队的主要装备[2]。
随着科技的飞速发展,自动化和智能化技术越来越普及,各类高科技也广泛应用于智能车辆和机器人制造领域。
智能消防小车的发展主要集中在自动化控制领域,该智能车辆是一个将计算机、通信、自动控制和人工智能等领域的技术集于一身,综合了许多学科领域的知识,而且涉及到今天许多前沿的科学知识。
现在,许多的院校和协会开设了各种形式的电子设计竞赛,这种竞赛既可以提高学生的动手能力,又可以使学生从实践中更加牢固地掌握理论知识,更重要的是使学生在未来的职场中脱颖而出。
最近几年,以智能小车为题的设计出现的频率较高,因此,智能小车的设计受到许多老师和学生的青睐,越来越多的毕业生选择智能小车作为毕业设计题目。
本设计是以STC89C52芯片为核心,利用光电传感器检测、火焰检测和电机驱动等技术,完成使小车自动寻找火源、避开障碍物以及自动灭火等功能[3]。
除此之外,设计的本身更注重基础性和实用性,以本研究为基础可以进行不同的拓展和改进使之功能更加全面与使用。
该智能车的模型不仅为未来的消防车发展提供了一种参考和思路,也是适应于我国智能车辆的发展。
1.2国内外发展现状及前景
我国智能消防车辆从改革开放时期的全部依靠进口,之后随着我国汽车工业整体技术水平的提升,消防车的生产取得了飞速的发展。
但我国在智能车辆的研究领域与国外的发达国家仍有一定的差距,尤其是大型的智能车辆(如大型智能消防车)基本依靠进口,目前国内无法生独立生产。
由于智能车辆的研究会促进汽车工业及其他相关产业的发展,所以其中蕴涵着巨大的市场潜力。
我国科技部则于2002年正式启动了“十五”科技攻关计划重大项目[5],联合有关的研究机构、汽车厂商、高等院校等,发挥各自的长处,力争与发达国家进一步拉近在智能车辆系统领域的差距,尽快将这一潜在市场开发出来[6]。
美、欧等西方发达国家十分重视智能车的研究和发展,亚洲的日本也对智能车的发展给予了较大的关注,他们都投入了大量的人力、物力和财力。
美国开始组织实施智能车辆先导(intelligentvehicleinitiative,IVI)计划,欧洲提出公路安全行动计划(roadsafetyactionprogram,RSAP),日本提出超级智能车辆系统[7]。
更值得注意的是,智能消防车的发展较为迅速,美欧等发达国家正将智能消防车朝着节水化、轻型化、智能化、多用化方向发展,依照这个趋势可预见未来智能车辆系统会有一个持续稳定的研究和开发前景。
随着科技和交通系统的发展,世界各国都在将智能消防车作为重点研究方向,尤其在中国这个老龄化不断加剧的国家,为了人们在生活中更加方便,尽可能地减少火灾对人员的伤害,对智能消防车辆的各种安全要求会不断地提高。
因此,作为对智能消防车辆的研究的基础,智能消防小车的研究会不断地得到重视,且具有极大的开发潜力。
在可预见的未来,人们对智能消防车辆的研究将是一个重要的研究方向,而且是未来人类发展的必不可少的一部分,其也将继续推动着人类的进步。
1.3研究内容及预期结果
设计制作一个智能消防小车模型,能实现在指定区域内避障、灭火工作。
用蜡烛模拟火源,随机分布在场地中。
基本内容:
(1)智能小车从起始点区域启动,不能超出指定的区域(由黑线围起)。
(2)在指定区域场地(非起始位置)随机出现2个火源,小车能自动发现火源,并主动靠近火源。
(3)能够并扑灭发现的2个火焰,灭火完毕后小车可以停留在指定区域。
(4)如果小车在行进途中发现障碍物,小车能主动调整躲开。
为实现主要目标及小车的功能,本设计重点研究以下几个方面:
智能消防小车的探测系统:
探测决定着是否能正常行进,正常行进决定着是否能成功实现灭火。
小车如何在行驶过程中发现障碍物,并避开障碍物,以及如何准确检测火源和实现灭火。
小车的驱动系统:
小车要实现在指定区域行驶,并准确的达到火源位置,此外,还要实现电机驱动风扇灭火。
小车的控制系统:
在行驶过程中,小车要求不能超出指定区域,这需要小车的探测系统和驱动系统相配合,即在单片机的控制下完成该功能。
2设计方案
2.1设计方案选择
2.1.1CPU芯片选择
方案一:
选择采用STC公司生产的STC12C5612AD做主控,其内部ROM为12K,引脚共28个,这款芯片具有高速、低功耗、超强抗干扰等特点。
此外体积小、所占空间小、更节省材料,使小车更精致。
但是,其通用I/O口较少,多功能端口也较少,无法满足对小车功能的实现,除此之外,其晶振频率范围为5.2MHz~6.8MHz,相比一般的单片机晶振较低。
方案二:
采用STC89C52做主控,其是STC公司生产的一款低功耗、高性能8位微控制器,带有8K在系统可编程Flash存储器,40个引脚,32个通用I/O口。
其晶振工作频率为0~40MHz。
STC89C52使用经典的MCS-51内核,通过对该芯片的改进使其具备了许多51单片机不具备的功能。
在芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为许多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
综合成本、参数、性能等条件考虑,采用方案二,选择使用STC89C52。
2.1.2小车底盘选择
小车的底盘包括主板,电机,车轮等,是智能小车的基本框架。
因此,底盘的选择对小车制作的成功与否至关重要。
主板采用强度高、韧性度好、使用方便的亚克力板材。
电机采用黄色的TT马达,车轮采用两个橡胶轮加一个万向轮,三个车轮行驶。
亚克力板韧性满足要求,且质量较轻,适合做小车主板。
TT电机价格便宜,且精确度较高,能确保小车行驶在指定区域内,驱动能力也符合要求,三轮行驶更容易调整方向,使小车行驶更加灵活。
主板采用承重量大的铝合金板,电机采用25mm直流减速电机,车轮有四个85轮子组成。
该方案设计的车体虽然硬度大,承载力大,且电机的扭力大。
但是车体过于笨重,电机步距精度不高,容易使小车使出指定区域,小车采用四轮驱动,不容易精确地调整方向。
此外,车体大部分使用的是金属结构,使小车的
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- 智能 消防 小车 设计 实现