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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。
一、实验目的1. 了解消防小车的结构和工作原理。
2. 掌握消防小车的基本操作方法。
3. 培养动手实践能力和创新意识。
二、实验器材1. 消防小车1台2. 电源1个3. 水泵1个4. 水管1根5. 灭火器1个6. 电池1块7. 实验台1张8. 实验记录表1份三、实验原理消防小车是一种用于火灾现场灭火的机器人，其主要原理是通过水泵将水输送到火灾现场进行灭火。
消防小车通常由动力系统、控制系统、传感器系统、灭火系统等组成。
四、实验步骤1. 准备工作（1）检查消防小车各部件是否完好，电池电量充足。
（2）将水泵、水管、灭火器连接到消防小车。
（3）将实验台布置好，确保实验过程中安全。
2. 操作消防小车（1）打开电源，启动消防小车。
（2）通过遥控器或手动控制，使消防小车向火灾现场移动。
（3）到达火灾现场后，操作水泵，将水喷向火源进行灭火。
（4）观察灭火效果，记录实验数据。
3. 实验数据记录（1）记录消防小车从启动到到达火灾现场所需时间。
（2）记录水泵喷水压力和流量。
（3）记录灭火效果，如火焰熄灭时间、灭火面积等。
4. 实验总结（1）分析实验数据，评估消防小车的灭火效果。
（2）总结实验过程中遇到的问题及解决方法。
五、实验结果与分析1. 实验数据（1）消防小车从启动到到达火灾现场所需时间：2分钟。
（2）水泵喷水压力：0.8MPa。
（3）水泵喷水流量：10L/min。
（4）火焰熄灭时间：3分钟。
（5）灭火面积：10平方米。
2. 分析（1）消防小车在实验过程中运行稳定，能够迅速到达火灾现场。
（2）水泵喷水压力和流量满足灭火需求，火焰熄灭时间较短。
（3）实验结果表明，消防小车在灭火过程中具有较高的效率。
六、实验结论通过本次实验，我们了解了消防小车的结构和工作原理，掌握了消防小车的基本操作方法。
实验结果表明，消防小车在灭火过程中具有较高的效率，能够为火灾现场提供有效的灭火支持。
七、实验建议1. 提高消防小车的智能化水平，使其能够自动识别火灾现场并进行灭火。
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。
《综合课程设计》报告实践课题：灭火小车目录一、实验内容............................................................................................................................... - 2 -二、基本原理............................................................................................................................... - 2 -1、单片机最小系统：......................................................................................................... - 2 -2、电源模块：..................................................................................................................... - 2 -（1）可调稳压：......................................................................................................... - 2 -（2）5V稳压： ........................................................................................................... - 3 -3、电源................................................................................................................................. - 3 -4、电机：............................................................................................................................. - 3 -5、电机驱动：..................................................................................................................... - 3 -6、传感器：......................................................................................................................... - 3 -（1）指南针模块：..................................................................................................... - 3 -（2）火焰传感器：..................................................................................................... - 3 -三、设计思路............................................................................................................................... - 4 -四、硬件电路............................................................................................................................... - 6 -1、指南针部分：................................................................................................................. - 6 -2、L298N电机驱动模块 ................................................................................................... - 13 -3、电源电路：................................................................................................................... - 15 -4、火焰传感器：............................................................................................................... - 16 -五、实验程序流程框图............................................................................................................. - 18 -六、调试与结果分析................................................................................................................. - 19 -一、实验内容在直径为3米的圆形区域内，放上火源。
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。
智能灭火小车设计报告一系统各个功能模块简介：1.寻迹模块：主要用来给小车做导航前进用。
2.电源模块：主要用来给单片机与电机、风扇驱动模块供电。
3.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。
4.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。
5.传感器：主要用来寻找火源和壁障。
6.硬件框图智能寻迹灭火小车的控制系统以A T89C52为核心，用两片L298N，一片用于驱动两个减速电机，一片用于驱动风扇。
12V电源单独给电机供电，再用7805把12V电源降压至5V给单片机供电。
小车前进时，是通过寻迹模块里的RPR220检测信号再由AD转换为电平信号返回到单片机，单片机根据程序设计的要求做出相应的判断送给电机驱动模块，让小车来实现前进、左转、右转、停车等基本功能。
到达火灾地点时，单片机通过L298N来控制风扇工作灭火。
二硬件设计及主控芯片在智能寻迹灭火小车控制系统的设计中，用一片AT89C52单片机作为本控制系统的主控芯片，硬件设计模块共分为：寻迹模块、电机驱动模块、风扇驱动模块、电源模块、风扇模块。
三用光电对管电路的设计及检测与调理电路用比较器，光电对管检测电路如下图中可调电阻R3可以调节比较器的门限电压，且给此电路供电的电池的压降较小。
因此用此电路作为传感器检测与调理电路。
四驱动电机系统方案设计用芯片L298N作为电机驱动芯片。
L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。
驱动电路的设计（驱动电机的原理图）：五电源系统方案设计采用8节1.5V干电池供电，电压达到12V，给支流电机供电，然后将12V电压再次降压（7805）、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。
六车体方案设计制定左右两轮分别驱动，前万向轮转向。
即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱动，车体前部装一个万向轮。
《综合课程设计》报告实践课题：灭火小车目录一、实验内容............................................................................................................................... - 2 -二、基本原理............................................................................................................................... - 2 -1、单片机最小系统：......................................................................................................... - 2 -2、电源模块：..................................................................................................................... - 2 -（1）可调稳压：......................................................................................................... - 2 -（2）5V稳压： ........................................................................................................... - 3 -3、电源................................................................................................................................. - 3 -4、电机：............................................................................................................................. - 3 -5、电机驱动：..................................................................................................................... - 3 -6、传感器：......................................................................................................................... - 3 -（1）指南针模块：..................................................................................................... - 3 -（2）火焰传感器：..................................................................................................... - 3 -三、设计思路............................................................................................................................... - 4 -四、硬件电路............................................................................................................................... - 6 -1、指南针部分：................................................................................................................. - 6 -2、L298N电机驱动模块 ................................................................................................... - 13 -3、电源电路：................................................................................................................... - 15 -4、火焰传感器：............................................................................................................... - 16 -五、实验程序流程框图............................................................................................................. - 18 -六、调试与结果分析................................................................................................................. - 19 -一、实验内容在直径为3米的圆形区域内，放上火源。
目录1绪论 (1)1.1研究的背景和意义 (1)1.2本次论文设计的主要任务 (1)2系统方案设计 (1)2.1总体设计框图 (1)2.2核心控制单元的选择 (2)避障方案设计 (6)2.4小车选择 (12)3主控制模块主程序设计 (13)3.1红外循迹模块子程序设计 (14)3.2红外避障模块子程序设计 (16)3.3电机控制子程序设计 (17)结论 (19)参考文献 (20)附录 (22)总体设计框2.2核心控制单元的选择AT89C51的主要的特性•4K字节可编程FLASH存储器•与MCS-51兼容•数据保留时间：10年•寿命：1000写/擦循环三级程序存储器锁定•全静态工作：0Hz-24MHz•32可编程I/O线•128×8位内部RAM•5个中断源•可编程串行通道•低功耗的闲置和掉电模式该系统采用AT89C51单片机为中央处理器。
E18-D80NK三个传感器的硬件电路。
加调制发射管调制器 整流稳压接电源发射器加调制发射管整流稳压接电源放大器解调器 时钟逻辑 负载接收器E18-D80NK 原理图E18-D80NK 电气特性如表 3.1。
表 3.1 E18-D80NK 电气特性避障模块采用三只红外避障传感器，安装于小车两侧及下中央，可以检测两侧和 正前方是否有障碍，检测后将信号送入单片机，单片机对信号进行处理并发出相应的信号驱动小车电机，使小车躲避障碍。
单片机的 PB0、PB1、PB2端口分别接左中右红色 绿色 黄色 工作电压 工作电流 驱动电流 感应距离 VCCGNDOUT5VDC10-15mA100mA3-80CM优L298N引脚图方案1：采用步进电机101正转右均无障碍物默认右转）；探测结果001，表明前方及左边15cm内有障碍物，单片机送出“右转”指令；探测结果100，表明前方及右边15cm内有障碍物，单片机送出“左转”指令；探测结果110，表明右边15cm内有障碍物，单片机送出“左转”指令；探测结果011，表明左边15cm内有障碍物，单片机送出“右转”指令；探测结果010，表明左边及右边15cm内有障碍物，单片机送出“停止”指令。
