自动智能灭火小车设计与实现

随着社会经济和科学技术的快速发展,化工行业危险化学品和放射性物质泄漏、燃烧及爆炸等事故的隐患逐渐增加,一旦发生火灾,往往会带来巨大的人员伤亡和财产损失,因此开发一款智能设备用于实时监测火灾隐患并代替人工进行灭火,具有重要的现实意义[1]。

1总体方案设计笔者设计了一个智能灭火小车,其总体方案设计如图1所示。

发生火情后,火源检测模块发送信号给单片机,单片机判断后驱动电机前往火源处,途中遇到障碍物后会及时躲避,到达火源后驱动风扇进行灭火。

图1智能灭火小车总体方案设计2系统硬件部分2.1电源电路电源电路(图2)设计选用7805芯片。

7805智能灭火小车的设计与实现张博1,2邓治岗3巨永锋1吕建新2(1.长安大学电子与控制工程学院;2.西安思源学院工学院;3.西安航天动力试验技术研究所)摘要设计了一个以单片机为核心的智能灭火小车,利用红外接收二极管实现对火源的检测,利用红外传感器实现避障。

给出了智能灭火小车系统的软硬件部分和具体的调试过程。

实验结果表明,该小车通过检测火源,将采集到的数据传给单片机,驱动小车寻找火源并进行相应的避障,最后完成了灭火工作并返回。

关键词灭火小车单片机红外接收二极管红外传感器避障中图分类号TH862文献标识码A文章编号1000⁃3932(2020)04⁃0341⁃05作者简介:张博(1994⁃),硕士研究生,从事嵌入式系统的研究。

通讯作者:巨永锋(1962⁃),教授,从事自动控制、智能测控技术的研究,************.cn。

图2电源电路芯片有3个引脚,分别为终端输入端、输出端和地面接地端[2]。

通常情况下,该芯片可提供的最大电流为1.5A,输入电压可以为9、12、15V,输出电压为5V,且误差不超过±0.2V[3]。

综合考虑后, 7805芯片采用电池供电,选择9V的输入电压。

2.2电机驱动电路电机驱动电路(图3)采用L298电机驱动芯片。

电机调速采用PWM调速原理,电机的速度与占空比成正比关系[4],利用该比例关系可以控制电机的转速从而达到灭火的目的。

总740期第六期2021年2月河南科技Henan Science and Technology基于C52单片机的智能灭火小车设计与实现姜英豪耿祺龙杨金山毛乐乐杨丹（衡水学院数学与计算机学院，河北衡水053000）摘要：针对突发火灾问题，本文设计了一款基于单片机的智能灭火小车。

小车软硬件均采用了模块化设计，系统以STC89C52单片机作为主控模块，应用循迹传感器、避障传感器、超声波传感器和火焰传感器等作为感知层，实现了小车的自动循迹行驶、自动避障、检测火焰、自动灭火和报警等功能。

经调试，系统运行良好，具有良好的应用前景。

关键词：单片机；循迹行驶；自动避障；自动灭火中图分类号：F224-39；TP249；TP212.9文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）06-0010-04 Design and Implementation of Intelligent Fire Car Basedon C52Single-chip MicrocomputerJIANG Yinghao GENG Qilong YANG Jinshan MAO Lele YANG Dan（School of Mathematics and Computer,Hengshui University，Hengshui Hebei053000）Abstract:Aiming at the sudden fire problem,in this paper,an intelligent fire car is designed based on single-chip mi⁃crocomputer.Both software and hardware of the car adopt a modular design,the system takgs STC89C52single-chip microcomputer as the main control,and uses tracking sensors,obstacle avoidance sensors,ultrasonic sensors and flame sensors as the sensing layer to realize the functions of the car,such as automatic tracking,automatic obstacle avoidance,flame detection,automatic fire extinguishing and alarm.After debugging,the system is running well and has good application prospects.Keywords:single-chip microcomputer；travel along tracks；automatic obstacle avoidance；automatic fire extinguishing在各种灾害中，火灾是最危险、最常发、最难以解决的，火灾问题已是当今社会最关心、急需解决的问题。

摘要：该设计应用AT89C51，可以与数码显示管、电路等相结合的元件作为小车的控制核心，可以与数码显示管、电路等相结合。

基于单片机设计，AT89C51作为报警装置的控制器，可以充分运用AT89C51的数据处理和实时控制功能，让小车处于最好的状态。

当电机信号产生驱动灭火小车行进时，根据寻迹模块的红外对管能否寻到黑线产生的高低电平信号再传送到单片机，单片机根据程序设计要求做出相应的判断送给电机驱动模块.让小车在黑线上实现运行及转向的功能。

通过超声波传感器接受到障碍物信号，实现超声波避障功能。

通过红外传感感知温度，实现小车的灭火功能。

关键词：单片机路况检测报警超声波灭火Speech Control Robot based on STM32Abstract：This design USES AT89C51 as the control core of the car, and digital display tube, circuit, etc. Based on MCU design, AT89C51 as the controller of the alarm device, can fully AT89C51 data processing and real-time control functions. Keep the car in top condition. When the motor signal is generated to drive the fire fighting cart, the high-low level signal generated by the black line can be detected by the infrared pair tube of the tracing module and then transmitted to the MCU, which makes the corresponding judgment according to the program design requirements and sends it to the motor drive module to realize the function of running and turning on the black line. Ultrasonic obstacle avoidance function is realized by receiving the obstacle signal through ultrasonic sensor. The fire extinguishing function of the car is realized by sensing the temperature with the infrared sensor.Key words：Single chip microcomputer tracking alarm ultrasonic目录前言 (2)1 方案设计 (4)1.1 方案论证 (4)1.1.1 控制器的选择与论证 (4)1.1.2 电机驱动芯片的选择与论证 (4)1.1.3 显示器件的选择与论证 (5)1.1.4 路况检测模块 (5)2 系统硬件电路与实现 (5)2.1 红外遥控及解码模块 (5)2.2 红外遥控模块及解码模块 (6)2.2.1 二进制信号的调制 (6)2.2.2 二进制信号的解调 (7)2.2.3 二进制信号的解码 (7)2.3 单片机红外硬件电路的实现 (8)2.4 电机驱动智能灭火模块 (8)2.5 路况检测模块 (11)2.6 智能防撞报警模块 (12)3 系统软件设计及实现 (14)3.1 红外整体程序 (14)3.2 红外遥控的解码和实现 (15)3.3 电机驱动灭火 (16)3.4 小车防撞报警 (17)4 系统调试 (18)4.1 遥控发送接收调试 (19)4.2 灭火驱动调试 (20)5 总结 (22)前言在现代社会，单片机技术发展迅速，机械电子技术逐步融合，自动控制技术在工业中的地位已经变得非常重要。

本科生毕业设计〔论文〕开题报告毕业设计题目：智能灭火小车演示系统的设计与实现智能灭火小车演示系统的设计与实现一、课题研究的目的和意义智能化作为现代社会的新产物，将是以后的开展方向，它可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动地运作，无需人为管理，便可以完成预期所要到达的或是更高的目标。

同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退，比拟先进的遥控车还能控制其速度，而智能小车，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预，于是便演化成为了一个集环境感知、规划决策与自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，属于典型的高新技术综合体。

国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。

它的开展历程大体可以分成三个阶段：第一阶段20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。

1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS 〔Autonomous Guided Vehicle System〕。

第二阶段从80年代中后期开场，世界主要兴旺国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。

在欧洲，普罗米修斯工程开场在这个领域的探索。

在美洲，美国成立了国家自动高速公路系统联盟〔NAHSC〕。

在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会。

第三阶段从90年代开场，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。

最为突出的是，美国卡基.梅隆大学〔Carnegie Mellon University〕机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车〔Navlab1—Navlab10〕的研究，取得了显著的成就。

随着我国科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，各种高科技也广泛应用于智能小车和机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。

智能小车是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。

自动智能灭火小车设计与实现作者：张倩王逸琳钱志丽金徐冬郑英来源：《卷宗》2016年第05期摘要：本设计主要是基于单片机对自动灭火智能小车的控制与制作进行研究。

具体方案则是基于MSP430单片机下，加以电源电路、L298电机驱动、超声波测距火焰传感器、灭火风扇以及其它电路构成。

本系统硬件配置合理经济，控制方案简易优化，基本上实现了灭火小车在一般环境下的避障和灭火的控制。

最后，小车能实现在模拟的场地内自动巡逻、自动避障以及发现火源进行自动灭火的目标。

关键词：智能小车；灭火；传感器；电机驱动1 系统方案及设计如图一所示，自动智能灭火小车分为电源模块、控制器模块、火焰检测模块、A/D转换模块、超声波测距模块、电机驱动模块、风扇及其驱动模块和显示模块总共8个模块。

小车可实现自动巡逻、自动避障以及自动灭火这三个功能。

当没有火源时，小车处于巡逻模式，前面、左面和右面3个超声波测量小车离障碍物的距离反馈给单片机，单片机进行比较使小车实行左转、右转、前进以及后退的动作。

当发现火源时，小车切换成灭火模式，火焰传感器将模拟电压值反馈给单片机，单片机进行A/D转换控制小车的行走方向并通过前面的超声波测量小车与火源的距离使小车准确地停车并打开风扇灭火。

2 硬件设计2.1 超声波测距模块本模块最远测试距离是1500mm，测量周期10ms且性能稳定，测量距离精确是专为小车设计的。

该模块采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

测试距离为（高电平时间*声速（340M/S））/2。

模块1脚VCC 接电源正极，电压范围为3.8～5.5V，静态电流小于8mA 。

2脚接控制端，3脚接接收端，从控制口发一个10us以上的高电平就可以在接收口等待高电平输出。

一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离。

智能灭火小车的设计与实现一、智能灭火小车的设计需求与目标智能灭火小车的设计旨在能够自主感知火灾环境、准确识别火源位置，并迅速采取有效的灭火措施。

其主要需求包括：具备可靠的火源探测能力、灵活的移动性能、精准的定位系统以及高效的灭火装置。

设计目标是在火灾发生的初期，能够快速响应，自主导航至火源位置，进行灭火操作，最大程度地控制火势蔓延。

二、硬件系统设计（一）车体结构智能灭火小车的车体采用坚固且轻巧的材料制作，以保证在复杂环境中的稳定性和灵活性。

车轮采用防滑、耐磨的材质，并具备良好的悬挂系统，适应不同的地形。

（二）驱动系统选择高性能的电机作为驱动装置，通过精确的电机控制算法，实现小车的前进、后退、转弯等动作，确保小车能够在火灾现场灵活移动。

（三）火源探测系统采用多种传感器组合来探测火源，如温度传感器、烟雾传感器和红外传感器等。

这些传感器能够实时感知环境中的温度变化、烟雾浓度和红外辐射，从而准确判断火源的位置和范围。

（四）定位系统利用 GPS 定位模块和惯性导航系统，实现小车在室内外环境中的精准定位，为导航和灭火操作提供准确的位置信息。

（五）灭火装置搭载适合的灭火设备，如干粉灭火器或二氧化碳灭火器。

灭火装置的控制通过电磁阀和喷头实现，能够根据火源的情况调整灭火剂量和喷射方向。

三、软件系统设计（一）数据采集与处理通过传感器采集到的环境数据，经过滤波、放大和模数转换等处理，得到准确、可靠的信息。

（二）火源识别算法运用先进的图像处理和模式识别技术，对采集到的温度、烟雾和红外图像进行分析，识别出火源的特征和位置。

（三）路径规划与导航算法根据火源位置和环境信息，规划出最优的行驶路径。

导航算法结合定位系统的数据，实时调整小车的行驶方向和速度，确保小车能够准确、快速地到达火源位置。

（四）灭火控制算法根据火源的大小、类型和距离等因素，计算出合适的灭火剂量和喷射时间，控制灭火装置进行有效的灭火操作。

四、系统集成与测试在完成硬件和软件的设计后，进行系统集成和测试。

毕业设计--全自动消防小车目录绪论 (1)1系统方案选择 (2)1.1任务要求 (2)1.1.1 设计任务 (2)1.1.2 设计要求 (3)1.2总体设计方案 (3)1.3方案选择与分析 (3)1.3.1控制器分析与比较 (3)1.3.2电动车车体的选择 (4)1.3.3电机的选择与分析 (5)1.3.4电机驱动电路方案选择 (5)1.3.5轨迹探测模块设计与比较 (5)1.3.6火源检测设计与比较 (6)1.3.7电源模块 (7)1.3.8避障模块设计与分析 (7)1.3.9灭火模块 (8)1.4最终方案 (8)2硬件实现及单元电路设计 (9)2.1 STC89C52单片机系统概述及其引脚功能介绍 (9)2.1.1 STC89C52单片机系统概述 (9)2.1.2 单片机引脚功能 (10)2.2光电对管电路的设计 (12)2.3火焰传感器及应用 (14)2.4电机驱动电路的设计 (15)2.5灭火模块设计 (17)2.6避障功能的实现方法 (17)3软件系统设计 (17)3.1编译语言及编译环境 (17)3.1.1汇编语言的概述 (18)3.1.2 C语言概述 (18)3.1.3 编译语言及编译环境综述 (18)3.2程序解析 (19)3.2.1各函数功能 (19)3.2.2程序流程图 (25)4测试结果 (25)结束语 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录A：程序清单 (31)绪论现在，随着科技的快速发展，国内外对小型智能系统的应用越来越广泛，种类也越来越多。

本题目就是结合有关科研项目而确定的设计类课题，所设计的智能寻迹灭火小车应能够实现自动发现火源、自动寻迹、自动前进接近火源并完成灭火任务的功能。

根据题目的要求，智能寻迹灭火小车控制系统采用一片STC89C52单片机作为本控制系统的主控芯片，硬件包括以下几个模块：驱动电机模块、寻迹传感器模块、单片机控制模块、火源传感器模块、风扇模块、电源模块。

毕业论文-智能灭火小车设计精品文档题目智能灭火机器人设计学院自动化学院专业电气工程及其自动化班级电气0604成员贺昌忠、罗海峰、李晓进、李建青2008年11月18日摘要本次设计CPU采用Atmel公司的AVR系列单片机中的Atmega16L。

完成的是学校组织的灭火机器人大赛。

完成的作品基本功能要求在规定的场地中尽快寻找到火源，然后在尽可能短的时间内作出灭火动作。

本作品使用AVR产生PWM波,控制小车的直流电动机，利用红处开关管探测障碍物，使得小车能够避开障碍，找到火源，从而做出灭火动作。

同时使用液晶显示各个阶段小车的任务，使得我们对小车的运行有一个很好的了解。

关键词:Atmega16L 智能小车光电开关 PWM 液晶显示智能灭火机器人一设计目的与设计要求此次比赛的场地如下图1所示，图中的H区为小车的起始地区域，蜡烛在图中圆形的区域内，中间的黑色线条表示场地中的木板，整个场地的场面为黑色，其中起跑线为白线，另外在火灾区的入口以及蜡烛之前的半圆处也各有一条白线。

场地中各处的尺寸如图中所标（单位均为mm），设计要求小车能够避开障碍物（木板），在最短时图1 灭火机器人比赛场地间内找到火源所在的区域，然后将火吹灭，要求小车整体外形尺寸限制在30cm×30cm×30cm之内，包括机器人的触角、探测物及装饰物。

二方案设计与论证根据设计的目的与要求，经过讨论我们一致选定左手法则，即小车一直延左墙走，当遇到障碍物就右转，直到进入火灾区时检测到白线改为右手走法，再利用蜡烛前面的白线检测火源。

因此设计的小车要求能够及时调节前进的方向，以避开障碍物，顺利找到火源。

1．直流调速系统鉴于价格和功能的考虑，我们选择了直流电机，通过PWM控制小车的速度以及方向。

电机驱动部分有以下两种方案:方案一:使用MOSFET构成H桥式驱动电路，利用PWM波形来控制小车的速度，再用单片机两个I/O口控制电机旋转方向，此电路驱动功率比较大，小车的转速比较快。

消防智能小车
一、任务
设计制作一个消防智能小车模型，能到指定区域进行抢险灭火工作。

以蜡烛模拟火源，随机分布在场地中，场地如图所示：
二、要求
1、基本要求
（1）智能小车从安全区域启动，自动寻找到火源并显示。

（2）除安全区外，场地随机出现2个火源，要求智能小车能够发现其中一个火焰并将其完全扑灭。

（3）能够发现并扑灭第二个火焰。

（4）扑灭二个火焰的总时间不超过5分钟。

（5）能够自动计算和显示扑灭的火源数。

2、发挥部分
（1）抢险完毕后智能小车能够返回到安全区域（原位）。

（2）能够自动计算和显示路程。

（3）能够用不同声音对不同的状态进行报警。

（4）其他
三、评分标准
四、说明
1、小车尺寸小于30cm×30cm，所用电源电压小于等于24V。

2、控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。

3、灭火方式不限，但不允许碰倒蜡烛。

4、小车不能完全离开场地。

5、允许一次重启动机会。

6、蜡烛高度：15—20厘米。

蜡烛置于方框的中间位置。

7、障碍物尺寸15cm×15cm×15cm，且位置固定。

8、试验场地可采用黑胶皮，网格线可采用宽度为2.5—3.0cm的白色单面胶纸，
测试时可自带。

智能灭火小车的设计与实现它可以按照你给定的路线行走，找到光源并尽快的行走到光源附近，启动风扇（相当于灭火），灭火后还可以按照以前的路线继续前进。

这个工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、电压变化等多个因素影响，它模拟了现实机器人处理火警的过程，灯泡代表燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。

下面为机器人灭火的一般特性以及系统的构成：方案本方案具有以下七个模块组成：单片机控制模块、驱动模块、传感器模块、灭火模块、电源模块、循线模块、寻光模块。

1．控制模块采用STC89C52RC（STC 89C52RC数据手册）单片机作为本系统的核心控制芯片。

能对其进行一系列处理，根据处理结果，驱动电机做相应的运动，并能控制风扇转动进行灭火操作。

2．驱动模块驱动模块采用L298芯片与两个直流电机，该芯片能够接收单片机发出的控制信号，同时驱动两个直流电机运动。

3. 传感器模块传感器模块采用红外传感器和光敏电阻(光敏二级管)传感器两种传感器，红外传感器探测行进路面，光敏电阻传感器探测前方的光源（火焰），并将探测到的数据传到STC89C52RC单片机进行模数转换。

4. 灭火模块灭火模块采用直流风扇，用5V电磁继电器作为控制开关控制风扇的停转。

5. 电源模块锂电池稳压，使机器人动作的正常运行。

6. 循线模块它是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。

红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。

单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。

7.寻光模块寻光模块是根据电阻阻值的大小变化引起电压的变化，与给定值作比较，发送给单片机，当大于给定值则为1（高），当小于给定值则为0（低）。

然后由单片机来控制机器人的各种动作。