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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：陈庆霆学号：06220312指导老师：武林成绩：(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…………………………………………………………………………64.2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：跑道避障区墙壁火焰火焰起点图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，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：车载控制器STC89C58RD寻迹模块液晶1602无线模块寻火模块灭火模块STC单片机直流电机驱动模块避障模块STC89C58RD无线模块独立按键液晶12864车载部分站台模块测速计程模块图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CMOS8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256bytes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STC89C58RD+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较器就浙江师范大学校十期课题----智能消防车4可以输出高低电平。方案2：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。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15－20cm（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。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。浙江师范大学校十期课题----智能消防车5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点阵显示当前的灭火状态。方案2：用液晶1602进行显示。1602是可以显示32个字符，分成两行每行16个字符，体积小巧，低功耗、使用方便。由于车载显示模块需要显示路程、时间和灭火数目等较多的信息，若用数码管则不能同时显示如此多的数据，而用1602可以显示更多的信息，所以采用液晶1602进行显示。而且液晶显示需要占用较多的端口，所以通过串口与AT89C2051之间通信来间接控制液晶显示。2.2.9无线收发模块方案1：用DF无线数据收发模块。DF无线发射模块通讯方式为调频AM，工作频率为315MHz，为ISM频段，发射频率500mW。DF超再生式接收模块通讯方式为调频AM，方案2：用RF2401B无线数据收发模块。RF2401B使用2.4G发射频率，最高工作速率为1Mbps具有很强的抗干扰能力，而且功耗很低，不需要占用单片机的串口资源。由于DF无线数据收发模块同时传输的数据量比较小，传输数据的准确性也没有RF2401B无线数据收发模块高，所以采用RF2401B无线数据