1、单片机暑期培训 (实训项目 )论文基于 STC89C52RC 的智能避障灭火小车学 院： 电子与控制工程学院专 业： 自动化姓名及学号：201332010411 崔曜东201332010413 毛宜酉201332010416 廖正指导教师： 龚贤武 李杰 雷旭完成时间： 二 一四 年十月单片机暑期培训(实训项目)报告纸1 / 37目录中文摘要 .1一工作目的 .1二.研究方法 .1三.成果 .2四.结论 .2English Abstract.3A. Work purposes .3B.The research methods.3C.Results .4D.Conclusions.4绪论 .51
2、.智能灭火小车控制系统的设计背景和意义 .52.智能灭火小车控制系统的目标 .53.主要内容 .5论文主体 .6一设计方案的确定 .6系统设计及方案 .6整体方案设计 .62.2 硬件实现方案 .72.2.1 MCU 的选择 .72.2.2 电机选择 .92.2.3 传感器的选择 .102.3 硬件总体设计方案 .142.4 软件总体设计方案 .153.硬件单元电路设计 .163.1 电源电路 .163.2 微控制器模块的设计 .163.2.1 STC89C52RC 单片机介绍 .163.3 电机驱动电路的设计 .22单片机暑期培训(实训项目)报告纸2 / 373.4 传感器电路的设计 .25
3、3.5 火焰传感电路的设计 .283.7 灭火驱动电路 .294.软件的实现 .304.1 软件开发平台介绍 .304.2 主程序流程图 .314.3 寻迹程序流程图 .325 系统功能调试 .365.2 功能测试 .365.2.1 驱动电路部分 .375.2.2 寻迹部分 .375.2.4 灭火效果部分 .375.3 调试心得 .37单片机暑期培训(实训项目)报告纸1 / 37中文摘要 本次设计 CPU 采用 Atmel 公司 STC 系列单片机中的 89C52RC，完成的是暑期单片机培训结束后的实习项目。完成的作品基本功能要求是在规定时间内找出限定场地内的火源，从而采取灭火动作，同时用液晶
4、显示屏显示小车的执行任务，使得我们对小车的运行状况有一个更好的了解。一工作目的1.集成了几乎完善的 8 位中央处理单元2.指令系统近乎完善3.把微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，使得传送距离大大缩 短、可靠性更高，运算速度更快4.具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等特点，广泛应用与仪器仪表中，且功能比起电子或数字电路更加强大因此，基于单片机的灭火机器人设计也具有重要的理论和实践意义，能够使自己在完成过程中学到许多知识和实践能力。从而引发了我组成员在单片机暑期培训之后产生设计智能灭火小车的设想。该小车能够在火源产生后作出反应，能利用超声波传感避障，利用火焰传感识别火源
5、并作出灭火动作。二.研究方法小车以 STC89C52RC 型单片机为核心，加以电源电路、电机驱动、超声波传感电路、火焰检测电路、灭火风扇以及其它电路构成。电源电路提供系统所需的工作电源，超声波完成避障，红外传感器寻找火源位置，火焰传感器识别火焰别采集到的数据通过 STC89C52RC 单片机处理传输到专用电机驱动芯片驱动电机控制小车的前进后退以及转向，最终启动灭火风扇进行灭火。本论文进行整体的硬件设计，并编写了软件程序框图，制作的灭火小车具有简易灭火功能，达到了实现现场灭火的目的，设计较好地完成了课题目标。单片机暑期培训(实训项目)报告纸2 / 37三.成果1.组装小车能自动避障寻找火源2.能
6、启用灭火装置实施灭火动作3.巡逻，检测是否有火源四.结论本论文设计了以 STC89C52RC 为主控制器的简易智能灭火小车。所做工作和确定的成果如下：1、以单片机 STC89C52RC 为核心拟定了系统组成方案，完成了系统的电路硬件总体设计，包括供电模块、单片机系统、寻迹系统、电机驱动系统、火焰检测系统以及灭火系统和各个模块间接口。2、完成了各个功能模块硬件的设计。3、完成主要功能模块的调试软件设计，分别完成对各个功能模块的调试工作。本设计制作的智能灭火小车，具备智能技术的一般功能（“智能”寻迹）行走，能够自主完成一些动作，找到“火源”，进行灭火。English AbstractThe des
7、ign of Atmel company on STC series single-chip microcomputer CPU 89 c52rc, is completed after the summer SCM training internship programs. Complete works of basic functional requirements are within the prescribed period of time to find a qualified field source, thus taking fire fighting action, 单片机暑
8、期培训(实训项目)报告纸3 / 37with LCD display shows the car perform tasks at the same time, makes the operation condition of the car we have a better understanding.A. Work purposes 1. Integration with almost perfect eight central processing unit2. Instruction system is almost perfect3. The main components of a
9、 microcomputer integrated on a chip, greatly shrink short transmission distance, higher reliability, computing speed is faster4. With small volume, low power consumption, strong control function, flexible extension, miniaturization, and convenient use, etc, are widely used and instrumentation, and m
10、ore powerful functions than electronic or digital circuitTherefore, fire-fighting robot based on single chip design also has the important theoretical and practical significance, can make oneself in learned much knowledge and practice ability to complete the process. Raising my group members on the
11、single chip microcomputer after the summer training design idea of intelligent fire extinguishing the car. The car can react after the fire source to produce, can use ultrasonic sensor obstacle avoidance, using sensor identification of flame fire and make a fire.B.The research methodsCar type STC89C
12、52RC MCU as the core, to the power supply circuit, motor drive, ultrasonic sensing circuit, fire detection, fire fans, and other circuit. Work required by the system power source to provide power supply circuit, ultrasonic obstacle avoidance, infrared sensor for fire source position, the flame senso
13、r identification dont transmit the collected data through STC89C52RC MCU processing to dedicated motor driver chip drive motor control the car forward back and turned, extinguishing fire fans finally started. The overall hardware design in this paper, and write the software program diagram, extingui
14、shing the car has simple extinguishing function, to achieve the purpose of the site fire-fighting, design better completed the task goal.C.Results1. Assemble the car look for fire automatic obstacle avoidance2. The equipment can enable the implementation of the fire fighting action3. The patrol, if
15、there is a fire detectionD.Conclusions.In this paper the design is given priority to with STC89C52RC controller of simple intelligent fire extinguishing the car. Determine the work and results are as follows:单片机暑期培训(实训项目)报告纸4 / 371, STC89C52RC MCU as the core system of scheme is worked out, complete
16、d the overall design of system hardware circuit including power supply module, MCU system, tracing system, motor drive systems, fire detection system and fire extinguishing system and each module indirect mouth.2, to complete the design of each functional module of hardware.3, finish the adjustment
17、of the main function module software design, completed the debugging of each function module.The design of intelligent fire vehicles, have the general function of smart technology (“ smart “tracing), able to independently complete some action, find the“ fire “, to put out the fire.单片机暑期培训(实训项目)报告纸5
18、/ 37绪论1.智能灭火小车控制系统的设计背景和意义近几十年中，大量的高层、地下建筑与大型的石化企业不断涌现。由于这些建筑的特殊性，发生火灾时，不能快速高效的灭火。火灾在现实生活中是非常普遍的，它被称为三大自然灾害之一。为了解决这一问题，尽快救助火灾中的受害者，最大限度的保证消防人员的安全，灭火机器人研究被提到了议事日程。而机器人技术的发展也为这一要求的实现提供了技术上的保证，使得灭火机器人应运而生。从二十世纪八十年代开始，世界许多国家都进行了灭火机器人的研究，美国和苏联最早进行灭火机器人的研究，而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了灭火机器人的研究，目前已有多种不同类型的灭火机器人用于各种火
19、灾场合。我国从八十年代末期开始灭火机器人的研究，公安部上海消防研究所等单位在灭火机器人的研究中取得了大量成果，“自行式消防炮”已经投入市场，“履带轮式灭火侦查机器人”也于 2000 年 6 月通过了国家验收。但是，我国的灭火机器人的研究还处在初级阶段，还有许多有待研究的问题。比如，高层建筑发生火灾时，消防人员不可能在都短时间内到达高处的火灾发生地点，在地下建筑中，由于环境比较潮湿，烟气不易扩散，消防人员不容易快速的判定火源位置；而在石化企业发生火灾时，将产生大量的毒气，消防人员在灭火时极易中毒。研制能够用于这些场合的侦察灭火机器人，协助消防人员进行火灾的定位和灭火，将有极大的社会意义。基于人工
20、智能的不断发展，各项高兴技术的不断成熟，在可预见的将来，灭火机器人在功能上会更具多样特点，在较多危险区域可以完全代替消防员，避免消防员生命伤亡。同时也应该看到，我国在研究消防机器人方面较国外同行已落后太多，存在技术差异和代沟，消防机器人的不断研制、生产和装备过程，应坚持自主研制为主，引进辅，提高我国消防部队消防装备现代化的水平，并及时装备消防部队，提高部队打赢大仗、恶仗、硬仗和特殊战役的能力，提高消防部队在处置大型复杂火灾和应急救援的作战效能，提高消防部队的自我防护能力，减少消防指战员的人身伤亡，更好地保护我国经济发展单片机暑期培训(实训项目)报告纸6 / 37消防人员时时刻刻冲到第一线，面临
21、生命危险，在这种背景下，智能寻迹灭火系统应运而生，实现了对安全防护的质的提高，也大大地减低了消防人员的危险。在智能寻迹灭火系统中应用单片机来代替人的思考，还可以实现自动化控制，简化了灭火的工作流程，使单片机代替多余的消防人员，节省了国家不必要的支出，减低了危险。现今，单片机以其强大的控制能力已经被广泛应用于诸多领域，配以各种接口传感器可以实现系统的智能化。无论在安全防护领域、工业控制领域、医疗卫生领域、还是在国防军事领域、航天航空领域，微控制器都起着举足轻重的作用。从最初的 8 位控制器到现在的 32 位控制器都还有很大的发展和应用空间。根据本设计的要求，将采用深圳宏晶公司生产的STC89C5
22、2RC 型单片机2.智能灭火小车控制系统的目标制造一个自主控制的机器人小车找到一根蜡烛并尽快将它熄灭，这个工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、齿轮箱与轮子的摩擦、电压变化等多个因素影响，它模拟了现实家庭中机器人处理火警的过程，蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。本设计的智能寻迹灭火小车控制系统应用范围十分广泛，能够实现温度监控、报警、具有自动寻迹、吹风灭火、返回起始点等功能，可通过温度的监控来进行设定小车是否前进。3.主要内容本论文设计了以 STC89C52RC 单片机作为主控制器，光敏电阻作为本系统的火焰传感器，用 HC-SR04 超声波传感器进行寻迹和避障，L298
23、 作为直流电机的驱动芯片。本论文所包含的内容如下：3.1 以单片机 STC89C52RC 为核心拟定了系统组成方案，完成了系统的电路硬件总体设计，包括供电模块、单片机系统、寻迹系统、电机驱动系统、壁障系统、火焰检测系统以及灭火系统和各个模块间接口。3.2 完成主要功能模块的程序设计，分别完成对各个功能模块的程序进行调试工作。单片机暑期培训(实训项目)报告纸7 / 37论文主体一设计方案的确定系统设计及方案根据课题设计的要求和课题目标，本论文制定出了系统的设计方案，并通过比较论证，选择合适的器件。最终确定手工制作小车，采用 STC89C52 单片机作为主控制器，用 HC-SR04 超声波传感器进行避障，普通火焰传感器作为本系统的火焰传感器，L298D 作为直流电机的驱动芯片的设计方案。整体方案设计课题要求设计一个简易智能灭火小车模型，能到指定区域进行灭火工作（以蜡烛模拟火源，分布在小车行走的场地中）。小车必须通过内部设备采集现场环境情况进行分析并做出相应的动作，以达到小车智能灭火的目的。根据题目要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、直流电机及其驱动模块、避障传感器模块、避障模块、火焰传感器、灭火系统及其驱动模块等模块构成，本系统的方框图如图 1 所示。
