基于stc89c52rc的智能避障灭火小车毕业设计

基于stc89c52rc的智能避障灭火小车毕业设计内容摘要：

方案 4： 采用深圳宏晶公司的 STC89C52 高端单片机作为主控制器。 STC89C52 是 STC公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系统可编程Flash存储器。 STC89C52使用经典的 MCS51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512字节RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810复位电路 ， 3 个 16 位定时器 /计数器， 4个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5向量 2级中断结构）， 全双工 串行口。 另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空 闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35MHz， 6T/12T可选。 从方便使用和经济的角度考虑，且 STC系列是国产的，我们选择了方案 4。 电机选择 下面我们分析了几种常见电机： 本系统为智能电动车，对于电动车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。 由于本题要实现对路径的准确定位和精确测量，综合考虑有一下两种方案。 方案一：采用直流减速电机。 直流 减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。 由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 10 / 56 方案二：采用步进电机作为该系统的驱动电机。 由于其转过的角度可以精确的计数，实现小车前进路程和位置的精确定位，也能准确引导小车驶向火源。 虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统 根据分析， 直流电机能够较好的满足本题的要求，控制方便，因此选择以直流电机做为小车行进驱动电机，通过 控制两个电机的工作状态来达到转向的效果。 故本系统采用方案一 传感器的选择 （ 1）火焰传感器的选择 火焰检测有紫外传感器、烟雾传感器、温度传感器、红外传感器以及 CCD图像传感器。 本论文综合论证了这几种传感器，制定了如下几种方案。 方案 1： 用烟雾传感器。 烟雾传感器广泛应用与火警检测。 但是由于此题目的火源是用蜡烛模拟的，没有太大的烟雾，因此用烟雾传感器作为此小型电动车的火焰传感器 也不够实用，因此本论文放弃了此方案 方案 2： 用紫外传感器检测火焰。 紫外火焰传感器主要应用于火灾消防系统，尤其是一些易燃易爆 场所，用来监测火焰的产生。 紫外线火焰传感器的灵敏度高，相应速度 快，抗干扰能力强，对明火特别敏感，能对火灾立即做出反应。 但是紫外传感器检测的范围太大，不适用于本系统。 方案 3： 用光敏电阻作为传感器。 所谓光敏，就是对光反应敏感。 光敏电阻在光照条件下电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的组件，光越强阻值越小，光越弱阻 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 11 / 56 值越大。 CDS光敏电阻，灵敏度高，反应速度快，光谱特性及γ值一致性好等特点外，在高温、多湿的恶劣环境下，仍能保持其高度的稳定性和可靠性，广泛应用于光探测和光自控领域中。 方案 4： 用 CCD 图像 传感器。 用 CCD 图像传感器可以检测各种被检测量，适用于 各种量的检测。 但是用 CCD 图像传感器需要处理的信号量太大，且体积较大，不适合 用于本系统。 方案 5： 用热释电红外测温传感器，热释电红外传感器凌阳 TN9 系列是根据 LiTaO3的热释电效应设计的，用作检测器的热释电材料具有自发极化，其晶面能俘获大气中的 自由电荷，从而保持中性，当晶面温度稍有变化即引起自发极化强度的变化，从而使晶面电荷量发生相应的变化。 由于它是非接触式测温，用于测量火焰温度非常方便。 从经济和方便的角度考虑，本论文选择了方案 3，采用的火焰 传感器主要芯片： LM393，红外接收头。 工作电压：直流 35V。 其特点为： 具有信号输出指示。 单路信号输出。 输出有效信号为低电平。 用于检测波长在 760 纳米～ 1100纳米范围内的热源。 探测角度达 60度。 电路板输出开关量 (可直接接单片机 )。 （ 2）避障传感器的选择 方案 1： 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 12 / 56 用红外光电开关 ST178进行避障。 光电开关的工作原理是根据投光器发 出的光束，被物体阻断或部分反射，受光器最终据此做出判断反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，当检测到有障碍物的时候，光电对管就能够接收到物体反射的红外光，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。 光电对管 ST178操作简单，使用方便。 当有光线反射回来时，输出低电平。 当没有光线反射回来时，输出高电平。 因此本论文考虑其他的方案。 方案 2： 用红外传感器进行避障。 超声波传感器的原理是：红外传感器是利用物体产生红外辐射的特性，实现自动检测的传感器。 在物理学中，我们已经知道可见光、不可见光、红外光及无 线电等都是电磁波，其中红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。 任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。 红外传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。 考虑到本系统只需要检测简单障碍物，没有十分复杂的环境。 为了使用方便及更易理解，便于操作和调试，本论文最终选择了方案 2。 电机驱动电路方案选择 方案一：采用专用芯片 L293D作为电机驱动芯片。 L293D是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高， L293D 芯片可以 驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达 50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的 IO 口 通过光耦芯片 提供信号；电路简单，使用比较方便。 方案二：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。 由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。 但是这种电路工作性能不够稳定。 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 13 / 56 通过比较，使用 L293D芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动步进电机，且价格不高，故选用 L293D 驱动电机。 电源模块 由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。 方案一：采用 12V 蓄电池为系统供电。 蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。 方案二：采用 3节 可充电式锂电池串联共 电，经过 7805 的电压变换后为单片机，传感器和点击供电。 经过实验验证，当电池为电机供电时，单片机、传感器的工作电压不够，性能不稳定。 因此我们放弃了此方案。 方案三：用 2 节锂电池经另一套 7805 电压变换电路为电机供电。 再用12V 蓄电池为系统供电，蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。 采用此种供电方式后，单片机和传感器工作稳定，电机工作互不影响，且电池的体积较小，能够满足系统的要求。 综上考虑，采用了方案三。 硬件总体设计方案 经过反复比较论证，本论文确定了如下方案 1. 采用 STC89C52RC 单片机作为主控制器 . 2. 用红外传感器进行避障 . 3. 用光敏 (实际为红外 )火焰传感器作为本系统的火焰传感器 . 4. L293D 作为直流电机的驱动芯片 . 5. 用手机蓝牙控制小 车 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 14 / 56 软件总体设计方案 首先启动电源，连接蓝牙，进入蓝牙控制模式，前后左右及启动电机，检测到循迹的轨迹，红外传感器接受到的数据传输给单片机进行处理，然后发送给电机执行相应的动作，当遇到障碍物能停下进行躲避，遇到火源能执行灭火动作。 电源电路 STC89C52 需要正 5V稳压直流电源，在考虑到其它外围芯片的供电电压和功耗，最终选择 7805这种输出正 5V 直流电压稳压供电的 三端稳压集成电路 ，电源电路如下图 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 15 / 56 微控制器模块的设计 STC89C52RC 单片机介绍 简介 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 STC89C52使用经典的 MCS51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路， 3个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5向量 2级中断结构），全双工串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率35MHz， 6T/12T可选。 特性 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 16 / 56 增强型 8051单片机， 6 时钟 /机器周期和 12 时钟 /机器周期可以 任意 选择，指令代码完全兼容传统 8051, 工作电压： ～ （ 5V 单片机）/～ （ 3V 单片机） ,工作频率范围： 0～ 40MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz，实际工作 频率可达 48MHz,用户应用程序空间为 8K 字节 ,片上集成 512 字节 RAM,通用 I/O 口（ 32 个），复位后为： P0/P1/P2/P3 是准双向口 /弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 字节程序存储空间； 字节数据存储空 间； 4K 字节 EEPROM 存储空间。 ； 字节程序存储空间； 字节数据存储空间； 2KB 的 EEPROM 存储空间。 7. ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 共 3 个 16 位定时器 /计数器。 即定时器 T0、 T T2 4 路，下降沿中断或低电平触发电路， Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒 11. 通用异步串行口（ UART），还可用定时器软件实现多个 UART 12. 工作温度范围： 40～ +85℃（工业级） /0～ 75℃（商业级） 13. PDIP 封装 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 17 / 56 电机驱动电路的设计 用 L293D 芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良，从稳定性方面考虑，采用电机驱动芯片 L293D 作为电机驱动。 L293D 芯片的管脚图如下图 概述 单片机暑期培训 (实训项目 )报告纸 18 / 56 L293D 是一款单片集成的高电压、高电流、 4 通道电机驱动，设计用于连接标准 DTL 或 TTL 逻辑电平，驱动电感负 载（诸如继电线圈、 DC和步进电机）和开关功率晶体管等等。 为了简化为双桥应用， L293D 每个通道对都配备了一个使能输入端。 L293D 逻辑电路具有独立的供电输入，可在更低的电压下工作。 此外， L293D还内置了箝位二极管。 L293D适用于频率达 5 kHz 的开关应用。 L293D 是 ST公司生产的一种高电压、小电流电机驱动芯片。 该芯片采用 16脚封装。 主要特点是：工作电压高。