陳松偉 劉義明

摘 要：隨著科技的發(fā)展，各行各業(yè)都需要更加高效的方式去完成任務，此設計是以STC89C52為主控芯片的智能小車，系統(tǒng)由電源模塊、避障模塊、尋火模塊、驅動模塊和滅火模塊組成。在封閉的室內(nèi)，蠟燭模擬火源的狀態(tài)下，該小車能在無人控制的情況下實現(xiàn)躲避障礙、尋找火源、實時監(jiān)控火源狀態(tài)和滅火的功能。

關鍵詞：AT89S52 滅火 避障 智能小車；

0 前言

目前，大多數(shù)地方的防火和滅火工作主要還靠傳統(tǒng)人力來完成，但隨著科技的發(fā)展，單靠人力來完成防火、滅火工作已經(jīng)滿足不了一些復雜火災的發(fā)生，更加智能快速的滅火方式可以有效地保護社會財產(chǎn)和人員的安全，因此本設計中使用智能避障滅火小車來防火滅火有著重要的現(xiàn)實意義。

1 總體設計方案

該避障滅火小車以二驅動小車為載體，由6個功能模塊構成。電源采用三節(jié)3.7 V鋰電池并搭配穩(wěn)壓管來作為簡單的直流穩(wěn)壓電源，選用L298N直流電機驅動模塊用來驅動兩個直流電機，實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉、右轉、停車等功能，以AT89S52芯片為系統(tǒng)控制核心，使用紅外避障模塊進行避障，另外加上火焰?zhèn)鞲衅髂K進行探尋火源，而滅火采用的是風扇模擬滅火模塊。小車在工作狀態(tài)中火焰?zhèn)鞲衅骱图t外避障模塊會一直工作并發(fā)出信號，當火焰?zhèn)鞲衅髂K探測到火源或紅外避障模塊識別到障礙時，返回信息給主控制器，主控制器控制驅動模塊進一步控制小車完成前進、后退、左轉、右轉、停車等動作，當小車靠近火源時，主控制器會發(fā)出信號給滅火模塊進行滅火操作，同時火焰?zhèn)鞲衅鲿恢睓z測火源的狀態(tài)，實時反饋給主控制器。而最后利用Keil的開發(fā)環(huán)境對系統(tǒng)程序進行編寫調(diào)試。

2 硬件設計

2.1 單片機

采用AT89S52單片機作為系統(tǒng)控制中心，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器有和32個I/0接口在單芯片上，雖然內(nèi)部資源相對較少，運行速度慢，功能較為單一， 但是價格低廉、性能穩(wěn)定、使用方便、外圍電路成熟。

2.2 電源模塊的設計

采用三節(jié)可充電的18650電池來供電，經(jīng)過LN7805穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后給單片機、驅動芯片、電機等電路供電。這種方法電源經(jīng)過穩(wěn)壓后到單片機、驅動芯片、電機等電路電壓達到了4.9V，小車的工作性能很穩(wěn)定，電機帶動車輪走起來的速度適中，尋跡效果也很好，而且價格便宜，就我們實驗和演示而言，我們最后決定用這種方案。

2.3 電機驅動模塊

方案一：采用專用芯片L298N作為電機驅動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它響應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端，用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。

方案二：對于直流電機用分立式原件構成驅動電路，有分立元件構成電機驅動電路，結構簡單，價格低廉，在實際應用中應用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。

基于上述的比較分析，雖然直流電機用分立式原件構成的驅動電路結構簡單，價格低廉，但是考慮到小車工作的穩(wěn)定性，我們采用了專用芯片L298N作為電機驅動芯片。

2.4 避障模塊

智能小車避障檢測的傳感器采用紅外反射式傳感器ST188。在避障的測試中，室內(nèi)無障礙的情況下，發(fā)射管發(fā)射的紅外線沒有反射到接收管，測量接收管的電壓為4.8V；有障礙物情況下，接收管接受到發(fā)射管發(fā)射的紅外線，電阻發(fā)生變化，所分得的電壓也就隨之發(fā) 生變化，測的接收管的電壓為0.5V。判斷有無障礙物使用比較器LM324，比較基準電壓由30K的變阻器調(diào)節(jié)。

2.5 尋火模塊

火焰檢測模塊主要使用火焰?zhèn)鞲衅?，將外界紅外光的強弱變化轉化為電流的變化，通過 A/D轉換器反映為0～255范圍內(nèi)數(shù)值的變化，外界紅外光越強，數(shù)值越?。患t外光越弱，數(shù)值越大，探測角度為60°，為了準確判斷火源與小車的位置，小車上設置了5個火焰?zhèn)鞲衅?，型號為R2868，從正前方呈30°夾角對稱排列，這樣就可以發(fā)現(xiàn)小車前方180°范圍的火源。

2.6 滅火模塊

滅火功能模塊我們采用了風力作為滅火源，而風扇的驅動模塊我們選擇MOS管電機驅動，該電機驅動有穩(wěn)定、轉速快，操作方便的特點，且價格適宜。當尋火模塊識別到火源時，主控制器傳遞信號給滅火模塊，風扇轉動達到滅火的目的。

3 軟件設計

此設計的軟件部分借助于keil軟件平臺完成，軟件開發(fā)采用的是模塊化程序，將程序分成若干個子程，然后進行每個模塊程序的逐一編寫，簡潔明了，便于調(diào)試。

打開電源開關，主控制器通電，先對避障模塊、尋火模塊、驅動模塊和滅火模塊進行初始化，小車開始工作，在封閉的室內(nèi)進行火源探測，行進途中識別到障礙時，小車會通過左轉，右轉和倒車進行躲避障礙，直至探測到火源，小車執(zhí)行滅火操作，同時小車會對火源進行實時監(jiān)測，將火源信息反饋給主控制器，當監(jiān)測到火源被熄滅后小車會結束滅火操作。

4 結束語

本文提出了一種經(jīng)濟實用的智能避障滅火小車系統(tǒng)設計方法，該設計以AT89S52單片機作為平臺，采用電源模塊、電機驅動模塊、尋火模塊、避障模塊、滅火模塊等，能完成在實驗場地上正常行駛、躲避障礙、尋找火源位置、滅火和監(jiān)測火源狀態(tài)等功能，此設計在功能實現(xiàn)上還有進一步提升空間，在后續(xù)的實驗中可將紅外避障模塊改用快速捕捉移動物體的高清攝像頭，以此采集小車行駛過程中前方及周圍情況的障礙物信息，同時增加尋火模塊的數(shù)量或更換為更為靈敏的傳感器，小車工作的效率會大大提升。

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