《基于STM32單片機(jī)的智能滅火小車設(shè)計(jì)》7600字（論文）

基于STM32單片機(jī)的智能滅火小車設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、模擬電路和數(shù)字電路知識(shí)以及C語言編程等理論知識(shí)進(jìn)行展開的。根據(jù)設(shè)計(jì)的需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行制定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并通過比較論證，選擇合適的器件。采用STM32單片機(jī)作為主控制器，用HC-SR04超聲波傳感器進(jìn)行避障，普通火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?，L298D作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；超聲波避障；滅火小車目錄TOC\o"1-3"\h\u11355摘要 128877第一章緒論 467571.1選題的目的、意義 4112691.3本課題研究內(nèi)容 627614第二章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 7118602.1設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證 7942.1.1采用單片機(jī)方案 781062.1.2采用PLC方案 772882.1.3CPLD或者FPGA方案 813202.1.4方案的選擇 882502.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 814413第三章系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 10148903.1主控模塊的設(shè)計(jì) 1011553.1.1復(fù)位電路 11274203.1.2晶振電路 1115553.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì) 11107083.3電源電路 12322093.4火焰檢測檢測模塊 12114033.5滅火模塊 1399753.6避障模塊電路設(shè)計(jì) 1420436第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16186984.1避障程序控制流程圖 1634454.2小車系統(tǒng)流程圖 17199034.5環(huán)境檢測流程圖 1819242結(jié)論 199022致

謝 2018548參考文獻(xiàn) 21第一章緒論1.1選題的目的、意義火災(zāi)在現(xiàn)實(shí)生活中是非常普遍的，它被稱為三大自然災(zāi)害之一。消防人員時(shí)時(shí)刻刻沖到第一線，面臨生命危險(xiǎn)，在這種背景下，智能尋跡滅火系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)了對(duì)安全防護(hù)的質(zhì)的提高，也大大地減低了消防人員的危險(xiǎn)。在智能尋跡滅火系統(tǒng)中應(yīng)用單片機(jī)來代替人的思考，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，簡化了滅火的工作流程，使單片機(jī)代替多余的消防人員，節(jié)省了國家不必要的支出，減低了危險(xiǎn)?，F(xiàn)今，單片機(jī)以其強(qiáng)大的控制能力已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，配以各種接口傳感器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。無論在安全防護(hù)領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域、還是在國防軍事領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域，微控制器都起著舉足輕重的作用。從最初的8位控制器到現(xiàn)在的32位控制器都還有很大的發(fā)展和應(yīng)用空間?；趩纹瑱C(jī)的智能消防小車的研究在我國科學(xué)研究方面具有深遠(yuǎn)的研究意義。通過對(duì)智能消防的研究可以促使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)踐緊密地結(jié)合起來，從而提高了學(xué)生們的自我動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力、協(xié)作能力和綜合能力。目前國家所提倡的科研教育中，能力培養(yǎng)是核心?；趩纹瑱C(jī)的智能消防小車的設(shè)計(jì)給予了學(xué)生們對(duì)自我綜合能力進(jìn)行培養(yǎng)的一個(gè)發(fā)展空間，也對(duì)推動(dòng)各校的科技創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研一體化產(chǎn)生了積極作用，也為我國當(dāng)前在智能機(jī)器這一研究領(lǐng)域的地位做出了相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國的智能消防小車研究開發(fā)工作始于20世紀(jì)70年代初，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了30年的歷程。前10年處于研究單位自行開展研究工作狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。1985年后開始列入國家有關(guān)計(jì)劃，發(fā)展比較快。在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制算法及機(jī)器人編程語言的研究，機(jī)器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。在機(jī)器人的單元技術(shù)和基礎(chǔ)元部件的研究開發(fā)方面：諸如交直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測速發(fā)電機(jī)、光電編碼器、液壓（氣動(dòng)）元部件、滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、諧波減速器、RV減速器、十字交叉滾子軸承、薄壁軸承等均開發(fā)出一些樣機(jī)或產(chǎn)品。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還有一段距離。我國近幾年機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。隨著我國工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，機(jī)器人自動(dòng)化線的市場也會(huì)越來越大，并且逐漸成為自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要方式。我國機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線裝備的市場剛剛起步，而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時(shí)期，這就給機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線研究開發(fā)者帶來巨大商機(jī)。據(jù)預(yù)測，目前我國僅汽車行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求此類自動(dòng)化線就達(dá)300多條，產(chǎn)值約為上百億元人民幣。我國消防裝備研究部門從1997年開始對(duì)消防滅火機(jī)器人進(jìn)行科研開發(fā)，2002年6月，由公安部上海消防研究所、上海交通大學(xué)、上海消防局三家單位共同承擔(dān)的國家863項(xiàng)目"履帶式、輪式消防滅火機(jī)器人"研制成功并順利通過國家驗(yàn)收。消防滅火機(jī)器人，又稱自行式水-泡沫消防炮，是一種結(jié)合多種消防滅火手段為一體的新型消防裝備。據(jù)英國《每日郵報(bào)》報(bào)道，美國海軍正在開發(fā)一款新型滅火機(jī)器人。這款機(jī)器人身高約5英尺10英寸（約合1.778米），重約143磅（約合129.7斤），未來不久，它或許就將加入美國海軍序列并在艦船上服役。近日在華盛頓舉行的“海軍未來軍備科學(xué)與技術(shù)展”上，這款機(jī)器人對(duì)外作了展示。在模擬的火災(zāi)場景中，這款機(jī)器人展示了穿越復(fù)雜地形，借助熱成像技術(shù)識(shí)別過熱設(shè)備并使用軟管澆滅小型火災(zāi)的能力。托馬斯·麥克坎博士是美國海軍研究辦公室（ONR）下屬“類人機(jī)器人互動(dòng)與識(shí)別神經(jīng)科學(xué)項(xiàng)目組”的主管。他說：“我們?cè)谶@里展示一種類人機(jī)器人，其可以在船舶上運(yùn)動(dòng)，操作開關(guān)門或使用水管并借助感受器的幫助在濃煙中搜尋和導(dǎo)航。這種機(jī)器人設(shè)計(jì)的長遠(yuǎn)目標(biāo)是使其能夠提供幫助，讓海上的船員們遠(yuǎn)離火災(zāi)的危險(xiǎn)?！边@種先進(jìn)的機(jī)器人是由弗吉尼亞理工學(xué)院研發(fā)的，是一種具有兩足的類人型機(jī)器人。其正式的名稱是“船舶自動(dòng)滅火機(jī)器人”（SAFFiR）。其獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具備超人的運(yùn)動(dòng)能力，能夠在復(fù)雜空間環(huán)境下展開快速行動(dòng)。其身上安裝的多種感受器，包括紅外立體視野以及可旋轉(zhuǎn)的激光探測和測距系統(tǒng)（LIDAR），使得這款機(jī)器人可以在濃煙中行動(dòng)自如。另外它還經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可以抵達(dá)指定的位置并自行使用水管。但在目前階段這款機(jī)器人還必須依靠研制人員從計(jì)算機(jī)控制臺(tái)發(fā)送全部指令。1.3本課題研究內(nèi)容本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、模擬電路和數(shù)字電路知識(shí)以及C語言編程等理論知識(shí)進(jìn)行展開的。根據(jù)設(shè)計(jì)的需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行制定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并通過比較論證，選擇合適的器件。采用STM32單片機(jī)作為主控制器，用HC-SR04超聲波傳感器進(jìn)行避障，普通火焰?zhèn)鞲衅髯鳛楸鞠到y(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅鳎琇298D作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)方案。第二章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證2.1.1采用單片機(jī)方案通常STM32單片機(jī)是基于ARM內(nèi)核而開發(fā)設(shè)計(jì)，具有非常高的性價(jià)比，這款單片機(jī)的結(jié)構(gòu)非常的簡單，在編寫程序的時(shí)候支持匯編語言和C語言，因此受到很多開發(fā)者的歡迎。STM32單片機(jī)FLSAH存儲(chǔ)器的大小為32K的空間，具有PA、PB、PC和PD四個(gè)端口，每個(gè)端口包括16位。STM32集成了豐富的功能，方便開發(fā)者使用，包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、USART串口等多種功能。開發(fā)人員可以在使用時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行配置，并且該單片機(jī)的PD端口具有兩個(gè)功能。首先必備的功能是普通的I/O端口功能，其次的功能是中斷和串行端口作用。STM32的工作電壓為3.3V，封裝有貼片封裝和雙列直插封裝。最高可支持32MHz的晶振。2.1.2采用PLC方案如果采用PLC模塊來實(shí)現(xiàn)本課題的功能，對(duì)于PLC來說，溫度屬于模擬信號(hào)，這樣導(dǎo)致PLC需要外掛一個(gè)模擬采集模塊。同時(shí)本課題也有數(shù)字量信號(hào)輸入輸出，綜合考慮大學(xué)所學(xué)的課程和符合本課題所需要的實(shí)現(xiàn)功能和所需的資源，為此本設(shè)計(jì)綜合選型S7-200PLC為該系統(tǒng)的主控制器。傳感器將采集到的電壓電流這些外部模擬量通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可供傳輸?shù)碾娏餍盘?hào)。此信號(hào)在EM235模擬量輸入模塊中可以被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而后進(jìn)一步傳輸?shù)絇LC控制器當(dāng)中，之后再轉(zhuǎn)化輸出控制光伏系統(tǒng)。2.1.3CPLD或者FPGA方案如果使用FPGA或CPLD的作為本次設(shè)計(jì)的控制模塊，優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)運(yùn)算能力強(qiáng)，有著較高的運(yùn)算速度，在此方面遠(yuǎn)勝于其他微控制器。對(duì)于一些運(yùn)算速度要求較高的運(yùn)用，例如航天和通信的，其受到廣泛的青睞。CPLD或者FPGA控制系統(tǒng)使用的編輯語言有兩種選擇，第1種是VHDL，第2種是VHERILOG。相較于C語言來說，本系統(tǒng)使用的2種語言的應(yīng)用難度相對(duì)較大。尤其涉及到浮點(diǎn)運(yùn)算。這種編程語言有著純硬件的特性，所以在使用過程中，需要對(duì)其底層之人有著更為深入和廣泛的了解。其在高性能的前提下也表示著會(huì)有高損耗。在芯片的使用過程中，需要對(duì)芯片的普通模塊進(jìn)行單獨(dú)供電，例如對(duì)其IO管腳需要供給3.3V直流電，芯片內(nèi)核的工作需要1.8V直流電和1V直流電。相對(duì)于單片機(jī)來說，供電系統(tǒng)較為復(fù)雜，對(duì)電源的質(zhì)量要求也比較苛刻，因此在使用過程中需要設(shè)計(jì)者有較強(qiáng)的電路設(shè)計(jì)能力。2.1.4方案的選擇本課題綜合介紹了STM32單片機(jī)控制方案、PLC控制方案和CPLD或者FPGA的控制方法，詳細(xì)介紹了使用3種方案時(shí)如何搭建系統(tǒng)工作，就PLC方案來說，采用梯形圖設(shè)計(jì)本課題，編程簡單，同時(shí)PLC的抗干擾性比較強(qiáng)大，在工業(yè)現(xiàn)場使用比較多。但是PLC的使用成本比較高，系統(tǒng)比較龐大，光一個(gè)PLC就得占用很大的地方，相較于單片機(jī)方案來說，單片機(jī)編程采用的C語言，比梯形圖編程要復(fù)雜，但是本課題的代碼可以網(wǎng)上查閱參考，設(shè)計(jì)也較為簡單，再加上單片機(jī)的使用成本不及PLC的一個(gè)零頭，本課題的使用場景也是工業(yè)環(huán)境，所以綜合考慮單片機(jī)方案較為合適本課題的設(shè)計(jì)，再比較單片機(jī)和CPLD方案，單片機(jī)設(shè)計(jì)常用的語言是C語言，這是大學(xué)入門第一堂課必學(xué)的課程，熟練度深入人心，而CPLD設(shè)計(jì)過程需要的VHDL和VHERILOG語言針對(duì)于本課題設(shè)計(jì)過程中難度有點(diǎn)大，再加上VHDL和FPGA大部分都是BGA封裝，引腳數(shù)很多，硬件設(shè)計(jì)起來完全是大材小用，所以本課題最終選擇單片機(jī)方案。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)應(yīng)具有以下六個(gè)模塊組成：單片機(jī)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障模塊、滅火模塊、電源模塊、尋火模塊?；趩纹瑱C(jī)的智能消防小車能夠?qū)崿F(xiàn)能到指定區(qū)域進(jìn)行滅火工作（以蠟燭模擬火源，分布在小車行走的場地中）。小車必須通過內(nèi)部設(shè)備采集現(xiàn)場環(huán)境情況進(jìn)行分析并做出相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到小車智能滅火的目的。根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、避障傳感器模塊、火焰?zhèn)鞲衅鳌缁鹣到y(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)模塊等模塊構(gòu)成，本系統(tǒng)的方框圖如圖2.1所示。單片機(jī)單片機(jī)電源模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊超聲波模塊尋火模塊滅火風(fēng)扇控制模塊圖2.1系統(tǒng)原理框圖第三章系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3.1主控模塊的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)使用的CPU類型為Cortex-M3，該種型號(hào)的CPU所使用的架構(gòu)模式是ARMV7，并且兼容Thumb-2指令集，自身配置的特性較為豐富。與ARM7TDMI型號(hào)的CPU作對(duì)比，本次設(shè)計(jì)使用的CPU耗電量更低，并且對(duì)于中斷可以嵌套使用。在運(yùn)行同種代碼的前提下，可以發(fā)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)使用的CPU，代碼占據(jù)的空間較小。從價(jià)格上考慮，本次設(shè)計(jì)使用的CPU遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ARM7TDMI型號(hào)的CPU。但是從性能上考慮，本次實(shí)際使用的CPU可足夠滿足本系統(tǒng)的使用。本次設(shè)計(jì)使用的主控CPU模塊是STM32F系列的單片機(jī)，這種型號(hào)的單片機(jī)有如下應(yīng)用優(yōu)勢：（1）價(jià)格低廉。使用的CPU位為32位。與其他CPU相比，該種型號(hào)的CPU，有著更高的性價(jià)比。所搭建的晶振電路，最高能夠提供72M赫茲的時(shí)鐘頻率。（2）能夠兼容多種外設(shè)。STM32系列的單片機(jī)集成度較高，所以可以同時(shí)對(duì)多個(gè)外部設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。（3）該系列的單片機(jī)有多種型號(hào)，以供選擇。該系列的單片機(jī)有不同的內(nèi)核型號(hào)，不同的封裝模式和通信模式，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行分別選擇。（4）設(shè)置快速I/O端口。該系列的單片機(jī)，如果型號(hào)不同，則I/O數(shù)量也存在著差異。該系列的單片機(jī)最多的I/O端口數(shù)為112個(gè)，所有的端口所能夠接受的輸入電壓不能高于5伏。（5）控制系統(tǒng)能耗。對(duì)于該系列的單片機(jī)來說，所搭建的外設(shè)都有獨(dú)立的時(shí)鐘開關(guān)，如果所有的時(shí)鐘開關(guān)均處于啟動(dòng)狀態(tài)，則系統(tǒng)的耗能就會(huì)非常巨大?；诤哪芙嵌鹊目剂?，需要對(duì)沒有工作的時(shí)鐘開關(guān)進(jìn)行操作，使其處于關(guān)閉狀態(tài)。（6）在開發(fā)項(xiàng)目過程中，其成本低廉。各種型號(hào)的單片機(jī)只有一個(gè)通信端口，在實(shí)際使用過程中可以用于直接下載程序，不需要配置仿真器的使用。并且，可以兼容多種調(diào)試口，例如JTAG和SWD，極大程度地降低了設(shè)計(jì)的難度，縮短了設(shè)計(jì)的時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用STM32家族中的STM32F103系列的單片機(jī)，具體為STM32F407TB，其最小系統(tǒng)如下圖3.1所示：圖3.1中本設(shè)計(jì)根據(jù)硬件接口所需將STM32F103的引腳分開來繪圖，主要是便于設(shè)計(jì)。圖3.1核心板電路3.1.1復(fù)位電路在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，復(fù)位電路的工作原理具體如下：整個(gè)系統(tǒng)一旦上電，電容兩端受到電壓的加載，復(fù)位引腳短路接地，單片機(jī)恢復(fù)至原始狀態(tài)，整個(gè)操作流程需要花費(fèi)的時(shí)間為幾毫秒。3.1.2晶振電路晶振電路的構(gòu)成主要由一個(gè)32MHZ的無源晶振，配合兩個(gè)22PF電容，組合在一起的，如果缺少任何一個(gè)部分，都無法實(shí)現(xiàn)晶振電路的正常運(yùn)行。單片機(jī)計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)都是靠接受晶振發(fā)出的脈沖信號(hào)。3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)在該版塊的設(shè)計(jì)過程中，主要的技術(shù)核心是圍繞L298這款芯片展開的關(guān)于電機(jī)正反轉(zhuǎn)模式的轉(zhuǎn)化機(jī)制設(shè)計(jì)以及對(duì)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)參數(shù)的調(diào)試工作。L298是SGS公司在近幾年主推的一款芯片，也是近幾年市面上流通程度比較高的一種芯片。在本次設(shè)計(jì)中采用的是其系列產(chǎn)品中具有15腳Multiwatt封裝的一款產(chǎn)品，在本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中其性能最大的特異性就是因?yàn)槠鋬?nèi)部裝載了4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。本次采用的這款L298芯片在和其他類型的芯片對(duì)比的情況下，可以看出其綜合穩(wěn)定性比較高，除此之外，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下其對(duì)高壓模式以及大電流雙全橋式模式具有一定的適應(yīng)性。其中，存在兩個(gè)比較特殊的腳為SENSEA、SENSEB，他們是兩個(gè)H橋的電流反饋腳，在不進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)程序時(shí)和大地連接。VCC以及VS是和電源相接的引腳，其存在一定的控制電壓范圍，根據(jù)本次試驗(yàn)的部分參數(shù)信息經(jīng)過推算可知，加載在VCC兩端的電源電壓為5V，VS兩端的電壓為12V。ENA，ENB為使能端，低電平禁止輸出。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖如圖3-2所示：圖3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖3.3電源電路本設(shè)計(jì)中所有器件的使用電源均為5V直流電源，所以我們必須自制一個(gè)穩(wěn)壓電源，一供單片機(jī)以及外部器件使用，在本次設(shè)計(jì)中直接使用外部手機(jī)充電器插頭將220V轉(zhuǎn)5V用在本課題的供電應(yīng)用中，其控制電路圖如圖3.3所示。圖3.3電源電路3.4火焰檢測檢測模塊火災(zāi)發(fā)生前和發(fā)生后，必然會(huì)產(chǎn)生煙霧和二氧化碳等有害氣體。所以本設(shè)計(jì)加入了煙霧檢測模塊，對(duì)糧庫的環(huán)境進(jìn)行檢測。通過查閱大量資料，本設(shè)計(jì)最終選用MQ-2煙霧傳感器。MQ-2具有眾多優(yōu)點(diǎn)，電路簡單且應(yīng)用廣泛，可用于家庭、庫房、工廠等不同環(huán)境，可以檢測煙霧濃度，也可以進(jìn)行氣體檢測，實(shí)物見圖3-4。圖3-4MQ-2煙霧傳感器實(shí)物圖MQ-2主要包括四部分，封裝好的MQ-2有6個(gè)針狀引腳，1、2、3引腳接電源，4、6引腳用來輸出，5引腳接地，1、3、4、6引腳用來提取信號(hào)，2、5引腳來提供加熱電流，MQ-2電路如圖3-5所示。MQ-2工作原理如下：當(dāng)MQ-2檢測到煙霧時(shí)，導(dǎo)電率會(huì)隨著煙霧濃度增加而增大，傳感器的輸出電阻與導(dǎo)電率成反比，導(dǎo)電率增大輸出電阻就會(huì)變小。本設(shè)計(jì)在5、6引腳之間串入一個(gè)R11電阻，根據(jù)分壓定律當(dāng)電阻發(fā)生變化時(shí)，所分得的電壓也會(huì)發(fā)生變化，只需要把檢測電壓轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)輸出發(fā)送到52單片機(jī)即可。圖3-5MQ-2電路圖3.5滅火模塊由于滅火用的風(fēng)扇或者噴水都會(huì)涉及到大功率電路，所以用單片機(jī)直接控制很不現(xiàn)實(shí)，所以需要一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)小信號(hào)控制大信號(hào)的器件，為此本課題通過結(jié)合三極管和繼電器模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的小信號(hào)來控制噴水等大電壓大電流信號(hào)，并且實(shí)現(xiàn)前后級(jí)隔離，其控制電路圖如圖3.6所示圖3.6滅火模塊3.6避障模塊電路設(shè)計(jì)HC-SR04超聲波模塊本身是一種利用超聲波發(fā)射和接收實(shí)現(xiàn)測量距離的模塊，在本系統(tǒng)中我們通過設(shè)定一個(gè)既定的閾值，通過比較超聲波測距返回的距離的數(shù)值與閾值進(jìn)行比較來判斷是否進(jìn)行剎車停止、左右轉(zhuǎn)彎等變化。超聲波并不是直著向著正前方發(fā)射的，而是通過一個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)超聲波發(fā)生器左右擺動(dòng)，SR04的左右擺動(dòng)的最大的角度是15°左右，在擺動(dòng)的過程中，會(huì)發(fā)射超聲波，同時(shí)每發(fā)射一次超聲波，超聲波模塊會(huì)記錄當(dāng)前超聲波的擺動(dòng)角度和距離前方障礙物的距離，從最左邊掃描到最右邊為一個(gè)掃描周期，一個(gè)周期掃描完之后，再將測得的角度和距離的數(shù)值進(jìn)行溫度修正之后綜合得到一個(gè)距離障礙物的角度和距離傳送到單片機(jī)與對(duì)應(yīng)的閥值進(jìn)行比較，單片機(jī)再通過比較的結(jié)果來控制電機(jī)的狀態(tài)，從而及時(shí)調(diào)整小車的狀態(tài)，最終達(dá)到避開障礙物的目的。其主要設(shè)計(jì)電路原理圖如下圖3.6所示：圖3.7避障電路原理第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1避障程序控制流程圖下圖4.1是避障功能流程圖：圖4.1避障功能流程圖避障控制程序首先也是初始化，然后啟動(dòng)超聲波子函數(shù)控制超聲波模塊開始工作，同時(shí)定時(shí)器開始計(jì)算時(shí)間，這個(gè)時(shí)間主要用于后面計(jì)算探測到的障礙物與車身之間的距離，得到距離后，程序開始自動(dòng)與閾值10cm開始比較，若小于等于10cm則進(jìn)入電機(jī)控制子函數(shù)使小車及時(shí)倒退避免與障礙物相撞，若大于10cm則小車?yán)^續(xù)直行，由于這整個(gè)過程是一個(gè)循環(huán)，所以超聲波模塊在小車運(yùn)動(dòng)過程中時(shí)刻監(jiān)測障礙物與自身之間的距離，若在危險(xiǎn)范圍內(nèi)，則及時(shí)做出調(diào)整，最終達(dá)到避障的目的。4.2小車系統(tǒng)流程圖小車系統(tǒng)的主程序主要是完成小車初始化，負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，對(duì)紅外避障、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等模塊的檢測與處理，以及檢測數(shù)據(jù)的通信與傳輸。小車在糧庫環(huán)境開始工作后，各傳感器沿著軌道進(jìn)行采集，當(dāng)系統(tǒng)檢測到不同的信息時(shí)，單片機(jī)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的子程序，并將反饋結(jié)果發(fā)送到各模塊。傳感器將檢測的環(huán)境參數(shù)發(fā)送到主控板；電機(jī)驅(qū)動(dòng)不僅要控制小車行駛，而且當(dāng)遇到障礙或出現(xiàn)偏離時(shí)，通過I/O控制小車左右移動(dòng)或轉(zhuǎn)彎調(diào)頭，系統(tǒng)流程圖如圖4-2所示。超聲波檢測單片機(jī)處理數(shù)據(jù)超聲波檢測單片機(jī)處理數(shù)據(jù)圖4-2小車系統(tǒng)流程4.5環(huán)境檢測流程圖糧庫環(huán)境的檢測工作包括對(duì)煙霧或者溫度的檢測，嚴(yán)格按照糧庫的存儲(chǔ)規(guī)定執(zhí)行，工作流程見下圖4-5。為保障檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，傳感器通電后首先初始化，之后即開始正常的數(shù)據(jù)采集工作。工作時(shí)按照設(shè)定好的先向傳感器發(fā)出一個(gè)開始的信號(hào)，并等待傳感器做出反應(yīng)，當(dāng)傳感器反應(yīng)完畢之后開始向單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。單片機(jī)接收的數(shù)據(jù)處理后經(jīng)發(fā)送到單片機(jī)，接收板單片機(jī)處理后，超過設(shè)定值時(shí)滅火程序啟動(dòng)。同樣為保證檢測結(jié)果不受影響，MQ-2需先進(jìn)行通電預(yù)熱。傳感器工作時(shí)，煙霧濃度越高輸出電阻就越小，MQ-2采集的氣體煙霧信號(hào)經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換后發(fā)送到單片機(jī)。超限滅火單片機(jī)采集信號(hào)超限滅火單片機(jī)采集信號(hào)圖4-5環(huán)境檢測流程結(jié)論本文是基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)，制作了一款多功能于一體的滅火小車，由避障小車和數(shù)據(jù)接收板組成，分別采用不同的單片機(jī)進(jìn)行控制。避障小車體積小巧移動(dòng)靈活，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)式采集，擴(kuò)大了環(huán)境的檢測范圍，可在同一位置對(duì)不同地方的進(jìn)行檢測，比傳統(tǒng)的檢測設(shè)備更加可靠、方便。使用單片機(jī)作為主控，能對(duì)煙霧、其他氣體等進(jìn)行有效檢測并報(bào)警，具有良好的市場前景與研究價(jià)值。從開始到制作完成花了好幾個(gè)月的時(shí)間，自己一邊查閱資料一邊進(jìn)行制作，不僅掌握了許多新知識(shí)，而且鍛煉了自己的動(dòng)手能力。在制作過程中也遇到了很多問題，最終在老師與同學(xué)的幫助下所有問題都迎刃而解。這次設(shè)計(jì)讓我意識(shí)到自己還有很多不足，還需要努力學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)楊鎧睿,姜銳函,徐紅梅.基于Arduino的消防偵查小車設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2020,v.16(11):73-74.張海軍,宋興文,趙銳朋,等.基于C51單片機(jī)智能小車設(shè)計(jì)[J].農(nóng)家參謀,2020,No.643(02):193-194.劉萌萌,苗煒麗,余彥瓊.基于AT89C52單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2020,000(002):P.214-216.張波、徐傳旭、李可、楊智、王晨陽.基于單片機(jī)的智能避障小車[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2020,No.457(15):102-103.王心華,余航,游錦旭,等.基于ST89C52單片機(jī)的智能小車與手機(jī)操控端APP研制[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2020,v.23;No.120(04):64-71+75.趙俊杰、張艷芬、崔凱.基于STM32單片機(jī)控制的智能小車設(shè)計(jì)[J].電子制作,2020,No.409(23):27-29.劉悅婷,李若飛,