1、本科毕业设计（20 届）基于单片机智能灭火小车控制系统设计所在学院 专业班级 测控技术与仪器 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要如今，我国正处于经济迅猛发展的时期，人民的生活水平得到普遍提高，居住环境和生活环境也不断的改善，但同时，我国的消防安全隐患仍是个巨大的问题。每年，我国的火灾事故频频出现，尤其是发生了重大火灾时，消防工作人员自身在抢救时也面临着生命的危险，甚至有时候根本无法达到目的地进行灭火抢救。如何能在高效灭火的同时保障消防员的生命安全，是我们当今所考虑的问题，于是，当代人们想出了智能灭火小车，由机器代替人们进行一些不可完成的工作，同时也能减少生命和财产的损失。
2、本文是对智能灭火小车控制系统进行了说明和设计，使用 C52 单片机作为核心来控制小车，利用 C 语言程序进行相应的指令操作，实现对智能小车每方面的模块进行了控制；此次课设包含了设计电源电路、电机驱动电路、火焰检测电路、灭火风扇以及其它辅助电路，并将它们加以组合成为灭火小车，其中电源电路提供工作时系统所需要的电源，电机驱动电路则使用电机驱动芯片 L298N 驱动电机控制智能小车的前进后退以及转向，并使用火焰电阻传感器作为核心检测模块，进行火焰探测，再探测到火源时使用相关程序驱动 USB 风扇进行灭火等相关操作。关键词：智能灭火小车，电机驱动芯片 L298N，火焰电阻传感器，C52 单片机 Abs
3、trackNowadays, our country is in the period of rapid development of economy, peoples living standards improved universally, living environment and living environment has been improved, but at the same time, hidden danger of fire safety in our country is still a huge problem. Every year, our countrys
4、 fire accident appeared frequently, especially when the big fire broke out, fire during the rescue staff itself is faced with the risk of life, sometimes even can not reach the destination for fire fighting and rescue. How can the effective fire at the same time to ensure the safety of a firemans li
5、fe, is our todays consider problems, so the contemporary people come up with intelligent fire-fighting vehicles, by machines instead of people to work for some impossible, at the same time also can reduce losses of life and property. This paper is on the intelligent car control system specification
6、and design, use C52 as the core to control the car, using C language program for the corresponding instruction operation, realize the intelligent car control every aspect of the module; The class set design includes power circuit, motor drive circuit, flame detection circuit, fire fan and other auxi
7、liary circuit, and to combine them into the fire fighting vehicles, including power supply circuit for work when the system power supply, motor drive circuit is used motor driver chip driver motor control of the intelligent car forward back and turned, and use the flame resistance sensor as the core
8、 detection module, flame detection, relevant procedures are used to detect fire source drive USB fan for fire fighting and related operations.Key words: Smart fire extinguishing car, light sensor sensor, C52 single chip目录1 绪论 .11.1 灭火小车控制系统的设计背景和意义 .11.2 国内国际研究现状 .11.3 灭火小车控制系统的目标 .42 灭火小车控制系统介绍 .52
9、.1 灭火小车控制系统功能概述 .52.2 系统工作原理 .62.3 主要设计内容 .62.4 本章小结 .63 系统硬件设计 .73.1 硬件设计框图 .73.2 硬件设计及主控芯片介绍 .73.2.1 AT89C52 主控芯片介绍 .83.2.2 驱动电机系统方案设计 .103.2.3 火焰检测系统设计 .123.2.4 车体方案设计 .133.2.5 风扇模块设计 .143.3 本章小结 .154 系统软件设计 .164.1 软件设计思路 .164.2 系统程序流程图 .164.2.1 驱动电机模块程序流程图 .174.2.2 灭火流程图 .184.3 软件实现 .204.3.1 软件开
10、发平台介绍.204.3.2 各功能模块软件程序设计 .20驱动电机模块主程序: .20风扇模块主程序: .22延时子程序 .244.4 本章小结 .24结论.25致谢 .26参考文献.27附录 1 程序代码. 2811 绪论1.1 灭火小车控制系统的设计背景和意义火灾的发生在我们的生活当中可以说极为常见，我们也时常听到某地发生了火灾，有多少人遇害，这足够引起了我们的重视。每当发生火灾时，消防人员都要每时每刻冲到第一线，冒着生命危险进行灭火抢救。在这种背景之下，智能灭火小车的理念不断深入人心，我国也开始初步实施智能机器灭火，对于安全防护有着质的提高，也大大地减低了消防人员的工作危险。在智能灭火系
11、统中应用单片机来代替消防员的工作思想，同时通过实现自动化控制，把灭火的工作流程得到了相应简化，使得单片机能够代替多余的消防人员进行灭火工作，这样一来，不仅降低了工作人员的生命危险，同时也节省了国家不必要的支出。随着我国社会的不断发展和提高，在经济不断繁荣发展的同时，许多高位场所不可避免的火灾频繁出现，这给社会安全带来了许许多多的隐患，引起了人们的注意，于是当代火灾如何能及时安全和高效的进行抢救已成为如今迫在眉睫所需要解决的问题。我国的消防抢救毫无疑问是相当快速的，往往在收到消息时都能马上赶到现场进行抢救，但纵使这样，当面对火情足够大时，而且要求进入现场灭火时他们就有着相当大的生命危险的可能，于
12、是智能机器灭火的理念就诞生了。毫无疑问，智能灭火小车控制系统的研究在我国科学研究方面具有深远的研究意义，同时它也提供了一个很好的教学平台给我们。通过对智能机器灭火的研究可以促使学生能够将理论知识与实践紧密地结合起来，从而提高了学生们的自我动手能力、创造能力、协作能力和综合能力。目前国家所提倡的科研教育中，能力培养是核心。智能灭火小车的设计给予了学生们对自我综合能力进行培养的一个发展空间，也对推动各校的科技创新和产学研一体化产生了积极作用，也为我国当前在智能机器这一研究领域的地位做出了相应的贡献。1.2 国内国际研究现状据英国每日邮报报道，美国海军正在开发一款新型灭火机器人。这款机器人身高约 5
13、 英尺 10 英寸（约合 1.778 米），重约 143 磅（约合 129.7 斤），未来不久，2它或许就将加入美国海军序列并在舰船上服役。近日在华盛顿举行的“海军未来军备科学与技术展”上，这款机器人对外作了展示。在模拟的火灾场景中，这款机器人展示了穿越复杂地形，借助热成像技术识别过热设备并使用软管浇灭小型火灾的能力。托马斯麦克坎博士是美国海军研究办公室（ONR）下属“类人机器人互动与识别神经科学项目组”的主管。他说：“我们在这里展示一种类人机器人，其可以在船舶上运动，操作开关门或使用水管并借助感受器的帮助在浓烟中搜寻和导航。这种机器人设计的长远目标是使其能够提供帮助，让海上的船员们远离火灾的
14、危险。”这种先进的机器人是由弗吉尼亚理工学院研发的，是一种具有两足的类人型机器人。其正式的名称是“船舶自动灭火机器人”（SAFFiR）。其独特的机械结构设计使其具备超人的运动能力，能够在复杂空间环境下展开快速行动。其身上安装的多种感受器，包括红外立体视野以及可旋转的激光探测和测距系统（LIDAR），使得这款机器人可以在浓烟中行动自如。另外它还经过专门设计，可以抵达指定的位置并自行使用水管。但在目前阶段这款机器人还必须依靠研制人员从计算机控制台发送全部指令。而对于我们国家来说，我国的机器人研究开发工作始于 20 世纪 70 年代初，到现在已经历了 30 年的历程。前 10 年处于研究单位自行开展
15、研究工作状态，发展比较缓慢。1985 年后开始列入国家有关计划，发展比较快。在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。在机器人的单元技术和基础元部件的研究开发方面：诸如交直流伺服电机及其驱动系统、测速发电机、光电编码器、液压（气动）元部件、滚珠丝杠、直线滚动导轨、谐波减速器、RV 减速器、十字交叉滚子轴承、薄壁轴承等均开发出一些样机或产品。但这些元部件距批量化生产还有一段距离。我国近几年机器
16、人自动化生产线已经不断出现，并给用户带来显著效益。随着我国工业企业自动化水平的不断提高，机器人自动化线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动化生产线的主要方式。我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步，而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期，这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。据预测，目前3我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等，年需求此类自动化线就达 300 多条，产值约为上百亿元人民币。我国消防装备研究部门从 1997 年开始对消防灭火机器人进行科研开发， 2002 年 6 月，由公安部上海消防研究所、上海交通大学、上海消防局三家单位共同承担
17、的国家 863 项目“履带式、轮式消防灭火机器人“研制成功并顺利通过国家验收。消防灭火机器人，又称自行式水-泡沫消防炮，是一种结合多种消防灭火手段为一体的新型消防装备。2002 年 9 月 8 日，灭火机器人参加公安消防部队北京协作区反恐演习中受到公安部消防局陈家强局长的高度评价；2002 年我国云南、湖北省相继配备灭火机器人；2003 年 9 月，灭火机器人在湖北省首次投入实战；2003 年 10 月，我国江苏省、香港地区、马来西亚开始大规模配备消防灭火机器人。我国灭火小车科研事业从实验室走向生产车间最终战斗在火场一线，为我国消防装备的发展注入了新鲜血液，填补了国内空白。消防的社会意义在于它
18、将对人类生存安全作为终极关怀，消防装备作为一种重要的火灾扑救手段，已经在消防灭火救援中显示越来越重要的作用。消防装备科研应始终贯彻“从火场中来，到火场中去“的指导思想，贴近火场一线，急火场之所急。不仅在我国，在世界上消防工作也是一个大难题，各国政府都千方百计地将火灾的损失降到最低点。1984 年 11 月，在日本东京的一个电缆隧道内发生了一起火灾，消防队员不得不在浓烟和高温的危险环境下在隧道内灭火。这次火灾之后，东京消防部开始对能在恶劣条件下工作的消防机器人进行研究，目前已有五种用途的消防机器人投入使用。遥控消防机器人，1986 年第一次使用了这种机器人。当消防人员难于接近火灾现场灭火时，或有
19、爆炸危险时，便可使用这种机器人。这种机器人装有履带，最大行驶速度可达 10 公里/小时，每分钟能喷出 5 吨水或 3 吨泡沫。喷射灭火机器人，这种机器人于 1989 年研制成功，属于遥控消防机器人的一种，用于在狭窄的通道和地下区域进行灭火。机器人高 45 厘米，宽 74 厘米，长 120 厘火焰，喷嘴将水流转变成高压水雾喷向火焰。 消防侦察机器人，消防侦察机器人诞生于 1991 年，用于收集火灾现场周围的各种信息，并在有浓烟或有毒气体的情况下，支援消防人员。机器人有 4 条履带，一只操4作臂和 9 种采集数据用的采集装置，包括摄像机、热分布指示器和气体浓度测量仪。消防的社会意义在于它将对人类生
20、存安全作为终极关怀，消防装备作为一种重要的火灾扑救手段，已经在消防灭火救援中显示越来越重要的作用。1.3 灭火小车控制系统的目标这次设计开发的智能灭火小车控制系统应用范围十分广泛，设计出来的灭火小车应该能够实现火源检测、吹风灭火等功能，并且通过火焰传感器的探测来确定小车是否继续前进来进行判断。智能灭火小车的设计具有很好的开发前景，以后也许会成为我们消防部门所青睐的设计产品，通过对它的研究和探索设计，对我们有着极大的思想开拓。52 灭火小车控制系统介绍2.1 灭火小车控制系统功能概述通过前期本人对相关的书籍进行查阅，知网中相应文献的借鉴，以及实际情况所得到的信息，大致清楚地明白到当前我国消防灭火
21、的步骤一般采用的方案大都为：通过人为报警，再由消防人员开着灭火车去进行灭火。如此一来，消防人员将会随时遇到着危险。通过自己的所学知识，我做出了相应得改善，对采用的方案稍微作了调整：通过火焰传感器来检测到火灾发生地点的温度的因素与其标准区间值是否不符，然后再从系统发出相应指令让灭火小车达到目的地后停止前行，并驱动USB风扇实施灭火工作。该控制系统的最大特点：结构简单；体积小、功率低；信号无干扰，传输准确度高；成本低廉；安全。本设计的灭火小车系统各个功能模块简介：电源模块：主要用来分别区分给单片机与电机、风扇驱动模块供电。火焰模块：主要用来对火焰传感器给单片机传值的功能。电机驱动模块：主要用来驱动两个减速直流电机，实现小车的前进、后退、前左转、前右转、后左转、后右转、停车等功能。风扇驱动模块：主要是用来控制风扇是否吹风，来实现小车灭火功能。
