畢業(yè)設(shè)計(jì)---滅火機(jī)器人主體驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文)</p><p>　　題目: 滅火機(jī)器人車體 </p><p>　　驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　滅火機(jī)器人車體驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)

2、的不斷發(fā)展使得機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，從以往的多應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域而漸漸融入人們的生活。消防機(jī)器人作為消防部隊(duì)中的新興力量，加入了搶險(xiǎn)救災(zāi)的行列。而為了更好的為生產(chǎn)生活服務(wù)，滅火機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)化勢(shì)在必行。</p><p>　　本文滅火機(jī)器人是以P89V51RD2單片機(jī)為控制核心，加以直流電機(jī)、尋火源傳感器，電源電路以及其他電路構(gòu)成。系統(tǒng)通過對(duì)尋火源傳感器采集的信息來控制小車的運(yùn)動(dòng)，找到火源并進(jìn)行滅火。由單片機(jī)通過I

3、O口控制小車的前進(jìn)和停止。小車停止后，由電機(jī)帶動(dòng)滅火風(fēng)扇進(jìn)行滅火。同時(shí)采用霍爾傳感器測(cè)定小車運(yùn)動(dòng)的速度，并在數(shù)碼管上顯示。</p><p>　　關(guān)鍵詞：P89V51RD2 直流電機(jī) 尋火源傳感器 霍爾傳感器</p><p>　　Body-driven Design of Fire-fighting Robot</p><p><b>　　Abstra

4、ct</b></p><p>　　Along with the progress of the society, the development of robot technique make applied realm of the robot expand continuously, from the industry realm which was much applied in to melt

5、 into the people’s life gradually, The fire-fight robot, which is the new power within the fire fight troops, join to rob the insurance relief. And for the sake of being better in the service of life, the optimization of

6、 the fire-fight robot technical is imperative.</p><p>　　This fire-fighting robot is based on P89V51RD2 microcontroller, DC motors, photoelectric sensors, power supply circuit and other circuits in addition.

7、System control the robot's movement to find the fire source and put out the fire through the information of the photoelectric sensors collected. The microcontroller control the robot forward and stopped through IO po

8、rt .After the robot stopped, the fan driven by motor for fire fighting. At the same time the robot’s movement speed is measured by th</p><p>　　Keywords: P89V51RD2;DC motor;Photoelectric Sensor;Hall Sensor<

9、;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1問題的提出1</p><p>　　1.2相關(guān)背景情況介紹1</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)思路和方法1</p><p>　　

10、1.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)2</p><p>　　1.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)2</p><p>　　1.4本論文結(jié)構(gòu)安排2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1整體方案設(shè)計(jì)3</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)組成3</b></p><p

11、>　　2.3方案論證與比較3</p><p>　　2.3.1單片機(jī)的方案論證與比較3</p><p>　　2.3.2電源模塊的方案論證與比較3</p><p>　　2.3.3測(cè)速模塊的方案論證與比較4</p><p>　　2.3.4顯示模塊的方案論證與比較4</p><p>　　2.3.5車體設(shè)計(jì)的方案

12、論證與比較5</p><p>　　2.3.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的方案論證與比較5</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計(jì)6</p><p><b>　　3.1主控制器6</b></p><p>　　3.1.1單片機(jī)概述6</p><p>　　3.1.2單片機(jī)P89V51RD26</p

13、><p><b>　　3.2電源模塊7</b></p><p><b>　　3.3測(cè)速模塊7</b></p><p>　　3.3.1霍爾器件7</p><p>　　3.3.2霍爾傳感器44E概述8</p><p>　　3.3.3霍爾傳感器測(cè)速原理8</p>

14、<p>　　3.3.4傳感器電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.4顯示電路的設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.4.1數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理9</p><p>　　3.4.2數(shù)碼管顯示電路9</p><p>　　3.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.5.1 L298N概述9</p&g

15、t;<p>　　3.5.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路10</p><p>　　3.5.2隔離電路11</p><p>　　3.6滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路11</p><p>　　3.7報(bào)警電路11</p><p>　　3.8尋火源傳感器模塊12</p><p>　　第四章 軟件的設(shè)計(jì)13</p>&l

16、t;p>　　4.1軟件開發(fā)平臺(tái)介紹13</p><p>　　4.2主程序流程圖13</p><p>　　4.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器13</p><p>　　4.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器13</p><p>　　4.3.2定時(shí)器程序15</p><p>　　4.4 PWM產(chǎn)生程序15</p><

17、;p>　　4.5測(cè)速程序16</p><p>　　第五章 制作與調(diào)試18</p><p>　　5.1制作流程18</p><p><b>　　5.2調(diào)試18</b></p><p>　　5.3調(diào)試結(jié)果18</p><p>　　第六章 結(jié) 論19</p><p&

18、gt;<b>　　致 謝20</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)(References)21</p><p>　　附錄一 原理圖22</p><p>　　附錄二 PCB圖23</p><p>　　附錄三 實(shí)物圖24</p><p>　　附錄四 程序代碼25</p>&l

19、t;p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1問題的提出</b></p><p>　　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，最大限度地保證消防人員的安全，消防機(jī)器人的研究被提到了議事日程。而機(jī)

20、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。</p><p>　　1.2相關(guān)背景情況介紹</p><p>　　國(guó)外消防機(jī)器人的發(fā)展。國(guó)際上較早開展消防機(jī)器人研究的是美國(guó)和前蘇聯(lián)。稍后，英國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家也紛紛開始研究該類技術(shù)。目前已有很多種功能不同的消防機(jī)器人用于救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。</p><p>　　日本投入應(yīng)用的消防機(jī)器人最多。

21、早在上世紀(jì)60年代，日本就研制了不少于5種型號(hào)的自動(dòng)駕駛滅火機(jī)器人，分別配備于大阪、東京、高石等消防部門，這類機(jī)器人以內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，配置驅(qū)動(dòng)輪或履帶式行駛機(jī)構(gòu)，能爬坡、越障礙；裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉(zhuǎn)；裝有氣體檢測(cè)儀器和電視監(jiān)視設(shè)備；通過電纜或無線控制，控制距離最大為100米。</p><p>　　美國(guó)已研制出能依靠感覺信息控制的救災(zāi)智能化機(jī)器人，如1994年用于探測(cè)阿拉斯加州斯珀

22、活火山的“但丁2號(hào)”，抓獲殺人犯的RIN-9型遙控消防機(jī)器人等。亞利桑諾州消防部門研制的消防機(jī)器人，裝有破拆工具和消防水槍，能一邊破拆，一邊噴射滅火。美國(guó)智能化保安公司的RO-VEH遙控消防車已裝備于中部和西部消防部門，配備履帶式或輪式行駛機(jī)構(gòu)，能抓樓梯，通過電纜供電或自攜蓄電池供電。</p><p>　　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

23、行式消防炮”已經(jīng)投入市場(chǎng)，“履帶輪式消防滅火偵查機(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地判定火源位置；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)合的滅火機(jī)器人協(xié)助消防人員進(jìn)行火災(zāi)的定位和滅

24、火，將有極大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)思路和方法</p><p>　　本論文設(shè)計(jì)了以P89V51RD2單片機(jī)作為主控制器，L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，通過霍爾傳感器測(cè)定速度的方案。所做工作和確定的成果如下：</p><p>　　1、以單片機(jī)P89V51RD2為核心擬定了系統(tǒng)組成方案，完成了系統(tǒng)的電路硬件總體設(shè)計(jì)，包括供電模塊、單片機(jī)

25、系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、火焰檢測(cè)系統(tǒng)以及滅火系統(tǒng)和各個(gè)模塊間接口。</p><p>　　2、完成主要功能模塊的程序設(shè)計(jì)，分別完成對(duì)各個(gè)功能模塊的程序進(jìn)行調(diào)試工作。</p><p>　　1.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　本課題是關(guān)于滅火機(jī)器人車體驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，通過學(xué)習(xí)掌握小車運(yùn)動(dòng)控制的基本原理，完成主電路的分析和設(shè)計(jì)。在充分理解小車運(yùn)動(dòng)控制的原理后，采用Prote

26、l 軟件畫出電路原理圖和PCB版圖。</p><p>　　本課題要求主要完成一下內(nèi)容：</p><p>　　1、小車能根據(jù)趨光頭反饋的信息運(yùn)動(dòng)找到火源。</p><p>　　2、滅火的總時(shí)間不超過5分鐘。</p><p>　　3、能夠測(cè)量運(yùn)動(dòng)速度。</p><p>　　1.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)</p>&

27、lt;p>　　1、傳感器部分：這部分的功能是通過傳感器檢測(cè)到火源，把信息反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)控制機(jī)器人執(zhí)行滅火任務(wù)。</p><p>　　2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分：這部分的功能是能根據(jù)單片機(jī)的指令來執(zhí)行尋火、滅火等任務(wù)。</p><p>　　3、測(cè)速部分：這部分的功能是檢測(cè)滅火機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，并用數(shù)碼管顯示測(cè)得的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度。</p><p>　　1.4本論文結(jié)構(gòu)

28、安排</p><p>　　本文結(jié)構(gòu)以滅火機(jī)器人的車體驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)為主線，從硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等來進(jìn)行闡述。第一章為緒論，介紹了滅火機(jī)器人的背景和一些軟硬件指標(biāo)，是熟悉課題必經(jīng)之。第二章為系統(tǒng)設(shè)計(jì)，介紹了整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成，以及幾個(gè)重要模塊的方案論證。第三章為單元電路設(shè)計(jì)，是本論文的核心，介紹了電源模塊、顯示模塊、測(cè)速模塊、單片機(jī)系統(tǒng)模塊的電路設(shè)計(jì)及其原理。第四章為軟件設(shè)計(jì)，介紹了測(cè)速程序、中斷程序、顯示程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)

29、程序的設(shè)計(jì)及其流程圖。第五章為制作與調(diào)試，介紹了軟硬件調(diào)試方法與工具。第六章為結(jié)論，介紹此系統(tǒng)的一些結(jié)論及其一些不夠理想的地方。</p><p><b>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1整體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易滅火機(jī)器人模型，能到指定區(qū)域進(jìn)行滅火工作。小

30、車必須通過內(nèi)部設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)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)課題設(shè)計(jì)的要求和課題目標(biāo)，制定出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并通過比較論證，選擇合適的器件。最終確定手工制作小車，采用P89V51RD2單片機(jī)作為主控制器，L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，并用數(shù)碼管顯示運(yùn)動(dòng)速度的設(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)組成</b></p><p&g

31、t;　　根據(jù)滅火機(jī)器人的功能要求，設(shè)計(jì)的滅火機(jī)器人主要由控制器、顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)速模塊、滅火模塊、報(bào)警模塊以及電源模塊等組成。本系統(tǒng)的方框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)方框圖</p><p>　　2.3方案論證與比較</p><p>　　2.3.1單片機(jī)的方案論證與比較</p><p>　　方案一：采用可編程邏輯

32、器件CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。</p><p>　　方案二：控制器的核心采用凌陽公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)SPCE061A。SPCE061A內(nèi)置2KB SRAM、內(nèi)嵌32KB的FLASH、2路PWM輸出，8路AD輸入，32路I/O口，因此基本無需外

33、部擴(kuò)展;內(nèi)置音頻模塊；在線調(diào)試和燒寫程序只需一根串口線與計(jì)算機(jī)25針并口連接,無需仿真器。</p><p>　　方案三：采用P89V51RD2單片機(jī)，P89V51RD2是一款80C51微控制器，包含了64KBFLASH和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。P89V51RD2比較簡(jiǎn)單可靠，編程容易。</p><p>　　本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度要求也不是很高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考

34、慮，選擇方案三。</p><p>　　2.3.2電源模塊的方案論證與比較</p><p>　　由于本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、傳感器模塊、處理電路模塊等都需要有5V電源，所以電源在本系統(tǒng)中有著比較重要的地位，它是整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作的保證。</p><p>　　方案一：采用12V蓄電池為系統(tǒng)供電，經(jīng)過三端穩(wěn)壓集成芯片7805的電壓變換得到5V的電壓，為單片機(jī)

35、和傳感器供電。</p><p>　　方案二：采用MC34063降壓變換。MC34063是單片DC/DC變換器，只需配用少量的外部元件，就可以組成升壓、降壓、電壓反轉(zhuǎn)DC/DC變換器。該系列變換器的電壓輸入范圍為3～40V，輸出電壓可以調(diào)整，輸出開關(guān)電流可達(dá)1.5A；工作頻率可達(dá)100kHz，內(nèi)部參考電壓精度為2％。雖然MC34063效率高，工作穩(wěn)定，但是電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，電器元件的參數(shù)選擇困難，尤其是電感選擇是最

36、困難的。</p><p>　　綜上所述：選擇方案一，采用三端集成芯片7805輸出穩(wěn)定電壓。</p><p>　　2.3.3測(cè)速模塊的方案論證與比較</p><p>　　由于本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)是要完成速度的測(cè)量，其實(shí)就是完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量。傳感器就是要完成測(cè)量轉(zhuǎn)速的任務(wù)，它是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊。</p><p>　　方案一：采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的原

37、理就是把轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后單片機(jī)采集電壓信號(hào)即可完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量。它運(yùn)行可靠，但體積大，精度低，且由于測(cè)量值是模擬量，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能讀入計(jì)算機(jī)。</p><p>　　方案二：采用旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼器每旋轉(zhuǎn)一周，就會(huì)輸出特定數(shù)目的脈沖。在單位時(shí)間內(nèi)記錄讀取到旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖數(shù)，即可得到旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。雖然旋轉(zhuǎn)編碼器精度高，使用簡(jiǎn)單。但是價(jià)格太貴，安裝不方便。</p><

38、p>　　方案三：采用紅外發(fā)射接收管，把發(fā)射管固定在車輪上，接收管固定在支架上。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)到某個(gè)特定位置時(shí)，接收管收到發(fā)射管的信號(hào)，產(chǎn)生脈沖。這樣就能以計(jì)脈沖的方式來測(cè)速。此法原理簡(jiǎn)單，但是精度不高，容易丟脈沖，固定發(fā)射接收管較為困難。</p><p>　　方案四：采用霍爾元件，通常將永磁鐵固定在背側(cè)旋轉(zhuǎn)體上，當(dāng)它轉(zhuǎn)到與霍爾元件正對(duì)位置時(shí)，輸出的霍爾電壓最高。根據(jù)這個(gè)原理，通過電子電路計(jì)出每分鐘霍爾器件輸出高脈

39、沖的個(gè)數(shù)，即可得到被測(cè)旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上安裝的磁鐵個(gè)數(shù)越多，轉(zhuǎn)速測(cè)量的分辨率就越高。此法安裝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，容易測(cè)量。</p><p>　　綜上所述：選擇方案四，采用霍爾元件。</p><p>　　2.3.4顯示模塊的方案論證與比較</p><p>　　根據(jù)題目的要求，需要在車上顯示小車當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的速度。顯示模塊成了不可或缺的一個(gè)模塊。</p>

40、<p>　　方案一：數(shù)碼管。8段數(shù)碼管屬于LED發(fā)光器件的一種，分為8段：A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小數(shù)點(diǎn)位，還包括一個(gè)公共端COM端。從電氣上，8段數(shù)碼管又分為共陰和共陽兩種。共陰指數(shù)碼管的公共端接負(fù)極，而各段接正極；共陽則正好相反。數(shù)碼管顯示雖然簡(jiǎn)單編程容易，但是它只能夠顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字和字母，而且功耗較大。</p><p>　　方案二：1602液晶模塊也是一種顯示器件，具有顯示形

41、式豐富，顯示質(zhì)量高，接口簡(jiǎn)單，體積小重量輕，功耗小的特點(diǎn)。液晶顯示模塊根據(jù)顯示方式和內(nèi)容的不同可以分為，數(shù)顯液晶模塊，液晶點(diǎn)陣字符模塊和點(diǎn)陣圖形液晶模塊三種。數(shù)顯液晶模塊是一種段型液晶顯示器件和專用的集成電路組成一體的功能部件，只能顯示數(shù)字和一些標(biāo)識(shí)符號(hào)。液晶點(diǎn)陣字符模塊是有點(diǎn)陣字符液晶顯示器件與驅(qū)動(dòng)器?？刂破鞯妊b配而成，可以顯示數(shù)字和西文字符，但不能顯示圖形。點(diǎn)陣圖形液晶模塊的點(diǎn)陣像素連續(xù)排列，行和列在排布中均沒有空隔。因此不僅可以顯

42、示字符，而且也可以顯示連續(xù)完整的圖形。1602操作方便，帶有內(nèi)置的192種字符。顯示時(shí)只要按照其時(shí)序要求初始化好顯示方式，并把要顯示的數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的位置RAM就可以了。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示黑色，這樣就顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)。</p><p>　　考慮到本系統(tǒng)進(jìn)行顯示的內(nèi)容僅為數(shù)字，

43、故采用方案一數(shù)碼管顯示便可滿足條件。</p><p>　　2.3.5車體設(shè)計(jì)的方案論證與比較</p><p>　　方案一：購(gòu)買玩具車。購(gòu)買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的來說，玩具電動(dòng)車具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)，不能方便迅速地實(shí)現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn)90度甚至180

44、度的彎角。再次，玩具電動(dòng)車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動(dòng)車一般都價(jià)格不菲。</p><p>　　方案二：自己制作電動(dòng)車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，前后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前后裝兩個(gè)萬向輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)小車的原地旋轉(zhuǎn)。在安裝時(shí)，不把兩個(gè)萬向輪裝在兩個(gè)平面上

45、。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪與前萬向輪形成三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)。對(duì)于車架材料的選擇，經(jīng)過比較選擇了厚實(shí)的塑料車架，經(jīng)濟(jì)又美觀。</p><p>　　綜上考慮，選擇方案二。</p><p>　　2.3.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的方案論證與比較</p><p>　　方案一：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉、在

46、實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。</p><p>　　方案二：采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它響應(yīng)頻率高，一片L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。</p><p>　　綜上所述，選用方案二。</p><p>　　第三章

47、 單元電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1主控制器</b></p><p>　　3.1.1單片機(jī)概述</p><p>　　單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器

48、，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p><p>　　早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣

49、泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦等里面都可以看見它。</p><p&g

50、t;　　3.1.2單片機(jī)P89V51RD2</p><p>　　圖3-1單片機(jī)P89V51RD2</p><p>　　P89V51RD2是一款80C51微控制器，是80C51的核心單元；單一+5V的工作電壓，40MHz時(shí)鐘頻率；64kB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。具有ISP(在系統(tǒng)編程）和IAP（在應(yīng)用中編程）功能。通過軟件或ISP選擇支持12時(shí)鐘（默認(rèn)）或6時(shí)鐘

51、模式；SPI（串行外圍接口）和增強(qiáng)型UART，PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）具有PWM和捕獲/比較功能。4個(gè)8位I/O口，含有3個(gè)高電流P1口（每個(gè)I/O口的電流為16mA）；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；可編程看門狗定時(shí)器（WDT）；8個(gè)中斷源，4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；2個(gè)DPTR寄存器。低EMI方式（ALE禁能）；兼容TTL和CMOS邏輯電平；掉電檢測(cè)。低功耗模式，外部中斷喚醒、空閑模式；PDIP40、PLCC44和TQFP44的封裝。</p

52、><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的51最小系統(tǒng)板操作簡(jiǎn)單，使用方便。最小系統(tǒng)板電路示意圖如圖3-1所示。</p><p><b>　　3.2電源模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用12V的蓄電池，經(jīng)過7805進(jìn)行電壓變換后得到5V電壓，給單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)測(cè)速和顯示等電路供電。其電路原理圖如圖3-2所示。</p><p>

53、;　　圖3-2 直流5V電路圖</p><p>　　電路中常在輸入端接入電容C2是為了抵消輸入引線感抗，消除自激。同時(shí)，在輸出端接上電容C4是為了除集成穩(wěn)壓器的輸出噪聲，特別是高頻噪聲。</p><p><b>　　3.3測(cè)速模塊</b></p><p><b>　　3.3.1霍爾器件</b></p>&l

54、t;p>　　霍爾器件是一種磁傳感器，是半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，它是一種磁敏感器件，當(dāng)它處于磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。在垂直磁場(chǎng)平面方向上施加外磁場(chǎng)、在沿平面上外加電場(chǎng)，就使電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，霍爾電勢(shì)的大小和外磁場(chǎng)以及電流的大小成正比。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)相關(guān)的場(chǎng)合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為工作基礎(chǔ)?；魻栃?yīng)：是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾（E. H. Hal

55、l，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。</p><p>　　霍爾元件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們結(jié)構(gòu)牢固，體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便、功耗較小、頻率高、耐震動(dòng)、不怕灰塵、油污等污染和腐蝕。</p><p>　　3.3.2霍爾傳感器

56、44E概述</p><p>　　44E霍爾傳感器是一種開關(guān)型霍爾傳感器（簡(jiǎn)稱霍爾開關(guān)），霍爾開關(guān)是一種新型集成電路無觸點(diǎn)開關(guān)，其外形尺寸核結(jié)構(gòu)圖如圖3-3所示。圖中1、2、3表示霍爾開關(guān)的三個(gè)引出端，分別為電源U+，接地GND和輸出OUT。</p><p>　　圖3-3 44E內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　其工作原理就是：在1，2管腳之間輸入電壓UC，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)

57、壓后加在霍爾片的兩端。由霍爾效應(yīng)可知當(dāng)霍爾片處在磁場(chǎng)中時(shí)，霍爾電勢(shì)發(fā)生器就會(huì)有一個(gè)霍爾電壓UH輸出，該電壓UH差分放大器放大后，送至施密特發(fā)生器進(jìn)行整形，當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到施密特發(fā)生器的工作點(diǎn)時(shí)，施密特電路翻轉(zhuǎn)，使OC門打開。</p><p>　　其主要用途：轉(zhuǎn)速檢測(cè)、位置檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的零點(diǎn)開關(guān)。</p><p>　　其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塑料外殼，體積小；需要一個(gè)小磁鐵配合使用；開關(guān)型元件

58、，集電極開路輸出；無觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)；開關(guān)速度快，工作頻帶寬（DC 0~100KHz）。</p><p>　　3.3.3霍爾傳感器測(cè)速原理</p><p>　　本系統(tǒng)是要完成測(cè)速功能，其實(shí)只要測(cè)出轉(zhuǎn)速，在乘以周長(zhǎng)，我們就可以知道速度。也就是說測(cè)速本質(zhì)上來說就是測(cè)轉(zhuǎn)速。通常我們將磁鐵固定在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，我們可以用磁鋼代替磁鐵。當(dāng)它轉(zhuǎn)動(dòng)到與霍爾器件正對(duì)位置時(shí)，輸出的霍爾電壓最高。根據(jù)這個(gè)原理，通過

59、電子電路計(jì)出每分鐘霍爾器件輸出高脈沖的個(gè)數(shù)，即可得到被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)速。在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上所安裝的磁鐵個(gè)數(shù)越多，轉(zhuǎn)速測(cè)量的分辨率就越高。</p><p>　　霍爾傳感器測(cè)量車輪轉(zhuǎn)速的工作原理如圖3-4。圖中所示在轉(zhuǎn)動(dòng)體安裝單個(gè)永久磁鐵的形式，轉(zhuǎn)速n就是UH的頻率乘以60；若安裝有多個(gè)磁鐵，那么轉(zhuǎn)速n就是UH的頻率除以永磁鐵的個(gè)數(shù)再乘以60。</p><p>　　3.3.4傳感器電路設(shè)計(jì)<

60、/p><p>　　傳感器電路設(shè)計(jì)比較容易，1管腳接Vcc，2管腳GND，1、3管腳之間接一個(gè)電阻，3管腳輸出。其電路圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-4 霍爾元件測(cè)速原理圖 圖3-5 霍爾元件接線圖</p><p>　　3.4顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理&

61、lt;/p><p>　　數(shù)碼管顯示方法分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是每個(gè)數(shù)碼管的8段輸入各自分開，其COM口電平一直有效。它的優(yōu)點(diǎn)是控制方便，顯示穩(wěn)定，但要占用較多的I/O口。一般在數(shù)碼管較多的情況下都采用動(dòng)態(tài)顯示。</p><p>　　在有多個(gè)數(shù)碼管的情況下，數(shù)碼管的段控制線是并聯(lián)的，如果同時(shí)導(dǎo)通，那么所有的數(shù)碼管就都顯示相同的內(nèi)容，這樣沒有什么用處。解決的辦法是讓數(shù)碼管輪番顯示，

62、且每次只導(dǎo)通一個(gè)，而段碼也同步切換，這樣就可以可看到數(shù)碼管循環(huán)顯示，并且每一位都可以顯示不同的內(nèi)容。將循環(huán)的頻率逐漸加快，到一定程度，由于人眼的視覺殘留現(xiàn)象，就產(chǎn)生各個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示，而且各位都顯示著不同的內(nèi)容的感覺。這就是經(jīng)典的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理。</p><p>　　3.4.2數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　根據(jù)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示原理，我們用了74ALS138來選擇每次需要導(dǎo)通的數(shù)碼

63、管，用單片機(jī)控制74ALS138的三個(gè)輸入端MA、MB、MC ，這樣就能保證每次只有一個(gè)數(shù)碼管導(dǎo)通。SEGA 、SEGB、SEGC、SEGD、SEGE、SEGF、SEGG、SEGDP是控制數(shù)碼管顯示字形的，分別由單片機(jī)的P0.0~P0.7口控制。為了使顯示工作由中斷“自動(dòng)進(jìn)行”，我們?cè)O(shè)立一個(gè)4字節(jié)的顯示緩沖器，把需要顯示的字形預(yù)先存放到這個(gè)緩沖區(qū)。這樣主程序就可以轉(zhuǎn)去做其他任務(wù)，剩下的工作由中斷來完成。指針從顯示緩沖器中選擇一個(gè)字節(jié)的內(nèi)

64、容送到P0口，就控制了筆畫；同時(shí)，位顯示控制碼預(yù)先做成4字節(jié)常數(shù)表，在這個(gè)表中“同步”選取一個(gè)碼送到P3口，就完成了顯示位的選擇。</p><p>　　3.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 L298N概述</p><p>　　CPU輸出PWM信號(hào),電壓為脈沖形式。由于輸出的電流很小,直接將CPU的輸出和直流電機(jī)的輸入相連是不能使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的。使用電

65、機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的目的就是將CPU的輸出電流放大,從而獲得足夠大的力矩,驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)選用的是意法半導(dǎo)體聯(lián)合公司(SGS-Thomson)生產(chǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N。L298N為含有15個(gè)引腳的直插式芯片,其主要性能:</p><p>　　(1)體積小(19.6mm×17.5mm×5mm)；</p><p>　　(2)操作電壓范圍大:操作電壓Vs范圍從4~46V；&l

66、t;/p><p>　　(3)抗干擾能力強(qiáng):低于1.5V的電壓均視為低電平,對(duì)噪聲有較強(qiáng)的抑制作用；</p><p>　　(4)配備散熱片,減少溫度對(duì)電子元器件的影響；</p><p>　　(5)邏輯電平Vss為+5V；</p><p>　　(6)工作效率高:1塊L298N可以驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電機(jī),故每輛小車只需配備1塊L298N；</p>

67、<p>　　(7)輸出電流大:L298N可以將電流放大到4A。</p><p>　　L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。表3.1是L298N功能邏輯圖。</p><p>　　表3.1 L298N邏輯功能

68、圖</p><p>　　In3，In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制起作用，當(dāng)EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。</p><p>　　3.5.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　圖3-6電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　我們采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N

69、作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，L298N的5、7、10、12四個(gè)引腳接到單片機(jī)P1.0~P1.3口，通過對(duì)單片機(jī)的編程就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖3-6所示。</p><p><b>　　3.5.2隔離電路</b></p><p>　　為了防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生較大的電平干擾，需用光耦對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電路隔離。隔離電路如圖3-7所示。</p><p&

70、gt;　　圖3-7 光耦隔離電路</p><p>　　3.6滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電壓為+5V，為了便于單片機(jī)控制，用三極管9013來控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)停。滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電路如圖3-8所示。在Uin處接單片機(jī)的IO口，通過IO口的輸出高低電平可以實(shí)現(xiàn)三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滅火風(fēng)扇的開關(guān)控制。</p><p><b>　　3

71、.7報(bào)警電路</b></p><p>　　圖3-8滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路 圖3-9 報(bào)警電路</p><p>　　當(dāng)滅火機(jī)器人找到火源后，會(huì)產(chǎn)生聲音報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行滅火，其中的聲音報(bào)警電路如圖3-9所示。控制信號(hào)為“SPEAKER”，接至單片機(jī)的I/O口的P2.4腳。當(dāng)“SPEAKER”為高電平時(shí)，三極管基極為高電平，此時(shí)

72、，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，蜂鳴器不工作；當(dāng)“SPEAKER”為低電平時(shí)，三極管處于放大工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，開始發(fā)聲，蜂鳴器工作。</p><p>　　3.8尋火源傳感器模塊</p><p>　　在滅火機(jī)器人中，尋火源傳感器是一個(gè)不可或缺的部分，由于本設(shè)計(jì)以滅火機(jī)器人的車體驅(qū)動(dòng)為主，尋火源傳感器部分我用了硅光電池來模擬實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　硅光電池是一種直接把光能

73、轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，核心部分是一個(gè)大面積的PN結(jié)，把一只透明玻璃外殼的點(diǎn)接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路，當(dāng)二極管的管芯(PN結(jié))受到光照時(shí)，你就會(huì)看到微安表的表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示出回路里有電流，這個(gè)現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。硅光電池的PN結(jié)面積要比二極管的PN結(jié)大得多，所以受到光照時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流也大得多。</p><p>　　硅光電池實(shí)際就是光敏二極管，不過光敏面積做得比較大。必須反偏置

74、工作；也就是反向給它一個(gè)電壓，按二極管特性是不“導(dǎo)通”的，即阻值很大，但隨著接受光亮度愈大，將產(chǎn)生反向的光電流愈大。所以，用（指針式）萬用表電阻檔測(cè)量會(huì)發(fā)現(xiàn)光一照，阻值會(huì)變小。當(dāng)有光照在硅光電池上時(shí)，表示機(jī)器人找到火源，此時(shí)通過放大電路和比較電路后，把信號(hào)傳給單片機(jī)處理，進(jìn)而控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　其中信號(hào)處理電路如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 信號(hào)處理

75、電路</p><p>　　硅光電池是一種恒流源的信號(hào)源，理論上內(nèi)阻無窮大，必須短路才能獲得最大光電流。由圖3-10可見:運(yùn)放反向接陰極，是反偏置，相當(dāng)于短路。所獲得電流經(jīng)1M電阻放大。后面是電壓跟隨器，目的主要是變阻抗。當(dāng)有激光照在硅光二極管上時(shí)，LM358的輸出會(huì)產(chǎn)生較大的變化，記錄下最大值。電壓比較器的基準(zhǔn)電壓設(shè)定為該最大值，當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)，電壓比較器的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖剑?jīng)過一級(jí)與非門后得到的負(fù)脈沖，作

76、為外部中斷送給單片機(jī)，使小車停止運(yùn)動(dòng)并啟動(dòng)風(fēng)扇滅火。</p><p><b>　　第四章 軟件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本章主要介紹此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的編程工具µVision2 IDE，主要的控制模塊程序以及編寫相應(yīng)的控制程序，主要是尋火源控制程序和滅火控制程序。</p><p>　　4.1軟件開發(fā)平臺(tái)介紹</p>

77、<p>　　編程語言選用C語言。匯編語言作為傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的編程語言，具有執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，但其本身是低級(jí)語言，編程效率較低，可移植性和可讀性差，維護(hù)極不方便。而C語言以其結(jié)構(gòu)化，容易維護(hù)，容易移植的優(yōu)勢(shì)滿足開發(fā)的需要。</p><p>　　MCS-51是支持C語言編程的編譯器，它主要有兩種：Franklin C51編譯器和Keil C51編譯器，我們簡(jiǎn)稱C51。C51是專為MCS-51開發(fā)的一種

78、高性能的C編譯器。由C51產(chǎn)生的目標(biāo)代碼的運(yùn)行速度極高，所需存儲(chǔ)空間極小，完全可以和匯編語言媲美。</p><p>　　Keil軟件公司提供的專用8051嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具套件，可以編譯C源文件、匯編源文件、連接定位目標(biāo)模塊和庫(kù)、生成并調(diào)試目標(biāo)程序，為實(shí)際的每一種8051及其派生系列產(chǎn)品生成嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。Keil C51交叉編譯器兼容ANSI（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）C編譯器，專用于為8051微控制器系列生成快速緊湊

79、的目標(biāo)代碼。使用Keil 8051開發(fā)工具套件，以工程的形式組織各種文件，工程開發(fā)周期與任何其他軟件開發(fā)工程的周期大致相同。</p><p>　　µVision2 IDE是Keil公司提供的用于開發(fā)MCS-51系列芯片的匯編語言與C程序的集成開發(fā)環(huán)境，是標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序，同其他Windows應(yīng)用程序一樣，µVision2 IDE環(huán)境包括菜單、工具條、編輯及顯示多種窗口。µ

80、Vision2 IDE支持使用的Keil C51工具，包括C編譯器、宏匯編器、連接定位器、目標(biāo)代碼到HEX的轉(zhuǎn)換器。</p><p><b>　　4.2主程序流程圖</b></p><p>　　根據(jù)題目要求，程序要能根據(jù)尋火源傳感器反饋的信息，驅(qū)動(dòng)電機(jī)去找到火源并啟動(dòng)滅火風(fēng)扇滅火。整個(gè)過程中還要求能夠測(cè)得小車的運(yùn)動(dòng)速度。主程序流程圖如圖4-1所示。</p>

81、<p>　　4.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　4.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和1</p><p>　　定時(shí)器0和定時(shí)器1配置成定時(shí)器或事件計(jì)數(shù)器，用作定時(shí)器功能時(shí)，每經(jīng)過一個(gè)機(jī)器周期，寄存器加1。因此，可以將一個(gè)機(jī)器周期看作計(jì)數(shù)周期。由于一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)振蕩周期組成，所以，定時(shí)器的計(jì)數(shù)率為1/6振蕩頻率。<

82、;/p><p>　　用作計(jì)數(shù)器功能時(shí)，每當(dāng)外部計(jì)數(shù)管腳，T0或T1，發(fā)生一次1到0的跳變，寄存器加1。此功能中，外部輸入腳每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　當(dāng)在一個(gè)周期內(nèi)采樣為高而下一個(gè)周期內(nèi)采樣為低時(shí)，計(jì)數(shù)值加1。新的計(jì)數(shù)值在檢測(cè)到跳變的周期的下一周期出現(xiàn)在寄存器中。由于識(shí)別1到0的跳變要占用2個(gè)機(jī)器周期（12

83、個(gè)振蕩周期），因此最大計(jì)數(shù)速率為1/12振蕩頻率。外部輸入信號(hào)的占空比不受限制，但為了保證給定電平能在改變之前被檢測(cè)到，外部輸入信號(hào)的狀態(tài)至少要保持一個(gè)完整的機(jī)器周期。除了定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的選擇外，定時(shí)器0和定時(shí)器1還有4種工作模式可供選擇。</p><p>　　定時(shí)器和計(jì)數(shù)器功能通過特殊功能寄存器TMOD的C/T位來選擇。兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都有4種工作模式，由TMOD的兩位（M1,M0）進(jìn)行選擇。兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)

84、器的模式0，1和2相同，模式3不同。</p><p><b>　　定時(shí)器2</b></p><p>　　定時(shí)器2是一個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可用作事件定時(shí)器或事件計(jì)數(shù)器，由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位選擇。定時(shí)器2有4種工作模式：捕獲、自動(dòng)重裝（向上或向下計(jì)數(shù)）、時(shí)鐘輸出和波特率發(fā)生器。需要使用寄存器T2CON和T2MOD。</p><p

85、><b>　　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器分配</b></p><p>　　本系統(tǒng)要完成測(cè)速及顯示，根據(jù)系統(tǒng)需要我們可以設(shè)置成定時(shí)器0用來完成計(jì)數(shù)功能，定時(shí)器1來完成定時(shí)功能。</p><p>　　4.3.2定時(shí)器程序</p><p>　　定時(shí)器程序編寫主要分成兩大模塊，一個(gè)是初始化程序，另一個(gè)是中斷服務(wù)程序。初始化程序主要完成選擇定時(shí)器的工作模式，及

86、初值，中斷服務(wù)程序主要是完成一些標(biāo)志位的設(shè)置。定時(shí)器0初始化程序代碼及注釋如下：</p><p>　　Void Init_ Timer ()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD&=0xf0; </p><p>　　TMOD|=0x06; //T0 無GATE 計(jì)數(shù) ，方式2

87、</p><p>　　TL0=0xff; //置初值</p><p><b>　　TH0=TL0;</b></p><p>　　ET0=1; //允許T0中斷</p><p>　　EA=1; //CPU開放中斷</p><p>　　TR0=1;

88、 //啟動(dòng)定時(shí)器T0</p><p><b>　　}</b></p><p>　　定時(shí)器1初始化程序和上面初始化程序差不多。</p><p>　　4.4 PWM產(chǎn)生程序</p><p>　　PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。PWM技術(shù)是直流電機(jī)調(diào)速中最為有效的方

89、法。另外的方法可以通過控制電機(jī)的電流來調(diào)速，但是功耗很大，發(fā)熱很嚴(yán)重。PWM調(diào)速的基本思想是：以通過電機(jī)的平均電壓和電流作比較，40%的時(shí)間接通電源的電機(jī)比20%的時(shí)間接通電源的電機(jī)要大。當(dāng)電機(jī)沒有接通電源時(shí)，它完全不消耗能量——這一點(diǎn)正是其高效率的原因。這一技術(shù)是降低直流電機(jī)功耗的好方法，它使驅(qū)動(dòng)芯片和電機(jī)的發(fā)熱減少，從而電池也可以用得更久。</p><p>　　有兩種方法產(chǎn)生PWM信號(hào)：一種方式是在頻率恒定的

90、前提下產(chǎn)生占空比不同的脈沖；另一種是在占空比恒定的前提下產(chǎn)生頻率不同的脈沖。工程中經(jīng)常使用的是固定頻率下改變占空比的PWM技術(shù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中對(duì)PWM的要求不高，所以采用軟件延時(shí)的方法即可。程序代碼如下所示：</p><p>　　void delay(int t) //延時(shí)程序</p><p><b>　　

91、{</b></p><p>　　for(j=0;j<t;j++)</p><p>　　for(k=0;k<10;k++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　

92、{ </b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1=0x0e; </p><p>　　delay(100);</p><p>　　P1=0x0d; //輸出一

93、路PWM波</p><p>　　delay(70);</p><p><b>　　P1=0x0b;</b></p><p>　　delay(100);</p><p>　　P1=0x07; //輸出另一路PWM波</p><p>　　delay(70);</p><p

94、><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.5測(cè)速程序</b></p><p>　　在測(cè)速算法中我們采用的是Ｍ法測(cè)速。在一定的時(shí)間ＴＣ內(nèi)測(cè)取傳感器輸出的脈沖個(gè)數(shù)Ｍ１，用以計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)的平均的轉(zhuǎn)速，稱作Ｍ法測(cè)速。把Ｍ１除以ＴＣ就可得到輸出脈沖

95、的頻率ｆ１＝Ｍ１/ＴＣ,所以又稱頻率法。車輪每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生Z個(gè)脈沖，把ｆ１除以Z就得到車輪的轉(zhuǎn)速，在習(xí)慣上，時(shí)間ＴＣ,以秒為單位，而轉(zhuǎn)速是以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)r/min為單位，則小車的轉(zhuǎn)速n=60Ｍ１/ZＴＣ。</p><p>　　void T0Srv() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cou

96、nter++; //每來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)一次</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void T1Srv() I nterrupt 3</p><p>　　{TL1=0x00;</p><p>　　TH1=0xEE; //1/200 秒</p><p&

97、gt;　　if(++timer==200)</p><p>　　{timer=0;xTim=1;} //每隔一秒發(fā)速度更新標(biāo)志</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(void)</p><p><b>　　{ </b></p>

98、<p>　　speeder=15*counter ; //由測(cè)得的脈沖計(jì)算轉(zhuǎn)速的公式</p><p>　　counter=0; //脈沖計(jì)數(shù)清零</p><p>　　dispbuf[0]=table[speeder%10]; // 數(shù)據(jù)個(gè)位數(shù)送數(shù)碼管顯示</p><

99、p>　　dispbuf[1]=table[(speeder/10)%10]; // 數(shù)據(jù)十位數(shù)送數(shù)碼管顯示</p><p>　　dispbuf[2]=table[(speeder/100)%10]; // 數(shù)據(jù)百位數(shù)送數(shù)碼管顯示</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()<

100、;/b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　counter=0;</p><p>　　speeder=0;</p><p>　　Init_Timer();</p><p>　　INT0_Init();</p><p><b>　　

101、while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(xTim)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　xTim=0; //標(biāo)志位清零</p><p&g

102、t;　　display();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　} </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　第五章 制作與調(diào)試</b></p><p><

103、b>　　5.1制作流程</b></p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)制作的主要流程如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 制作流程圖</p><p>　　在整個(gè)系統(tǒng)中硬件電路設(shè)計(jì)和焊接是制作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，若此環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)就不能夠正常運(yùn)行起來。在做完各個(gè)模塊電路后都要進(jìn)行調(diào)試，以方便完成整機(jī)的調(diào)試，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。</p>

104、;<p><b>　　5.2調(diào)試</b></p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試可以分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩個(gè)方面。</p><p>　　硬件調(diào)試。首先對(duì)照電路設(shè)計(jì)原理圖查看硬件電路的走線有沒有問題，為了方便硬件電路的檢查和美觀，在焊接之前就要對(duì)整個(gè)電路有一個(gè)合理的布局，注意各元器件之間的連接。其次查看電路的反面有沒有存在虛焊或者短接的情況。然后通電測(cè)試各芯片是否

105、正常工作。需要與軟件結(jié)合的硬件電路，可以先編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序測(cè)試硬件電路的可靠性。</p><p>　　軟件調(diào)試。軟件調(diào)試分模塊分別進(jìn)行調(diào)試。編寫每個(gè)模塊的程序，測(cè)試單個(gè)模塊是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能。若出現(xiàn)沒有調(diào)試成功，可以根據(jù)觀察到的現(xiàn)象來修改程序。單獨(dú)模塊調(diào)試成功后，把所有的硬件電路連接好，燒錄完整的程序?qū)φ麢C(jī)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)程序是一個(gè)需要耐心和細(xì)心才能做好的工作。遇到問題冷靜分析，其實(shí)也是不難的。</p>

106、;<p><b>　　5.3調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　　經(jīng)過硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，作品基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，能迅速找到火源并報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)滅火風(fēng)扇進(jìn)行滅火。過程中能測(cè)得小車的運(yùn)動(dòng)速度，并顯示在數(shù)碼管上。</p><p><b>　　第六章 結(jié) 論</b></p><p><b>　

107、　致 謝</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)(References)</p><p>　　[1]Ting L. Chien，Jr H. Guo，Kuo L. Su'，Sheng V. Shiau．Develop a Multiple Interface Based Fire Fighting Robot[D]．Taiwan，2007</p><p&

108、gt;　　[2]R. C. Luo，K. L. Su，K. H. Tsai．Intelligent Security Robot Fire Detection System Using Adaptive Sensory Fusion Method[D]．The IEEE International Conference on Industrial Electronics Society．2002 ．(IECON 2002)．pp．266

109、3-2668</p><p>　　[3]蔣新松．機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化[M]．石家莊：河北教育出版社，2003</p><p>　　[4]王耀南．機(jī)器人智能控制工程[M]．北京：科學(xué)出版社，2004</p><p>　　[5]毛玉良．微機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M]．南京：東南大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[6]彭偉編．單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)

110、訓(xùn)100例[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[7]陳建元．傳感器技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[8]陳伯時(shí)．運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[9]宗光華，張慧慧．機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制[M]．北京：科學(xué)出版社，2004</p><p><b&g

111、t;　　附錄一 原理圖</b></p><p><b>　　附錄二 PCB圖</b></p><p><b>　　附錄三 實(shí)物圖</b></p><p><b>　　附錄四 程序代碼</b></p><p>　　#include<reg51.h><

112、/p><p><b>　　int j,k;</b></p><p>　　bit xTim,xPwm,xBP;</p><p>　　sbit BP=P2^4;</p><p>　　int timer,counter,speeder;</p><p>　　unsigned char pled,key;&l

113、t;/p><p>　　unsigned char dispbuf[6];</p><p>　　unsigned char code table[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};</p><p>　　void delay(int t)</p><p><b&g

114、t;　　{</b></p><p>　　for(j=0;j<t;j++)</p><p>　　for(k=0;k<10;k++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Init_Timer()</p><p><b>　　{<

115、;/b></p><p><b>　　pled=0;</b></p><p>　　counter=0;</p><p>　　TMOD=0x16;</p><p><b>　　TL0=0xff;</b></p><p><b>　　TH0=TL0;</b&