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作者：西安邮电大学电子工程学院 曾法制 闫蕊 林鹏

指导教师：王娜 弓楠

 

　　作品简介

 

　　一.开发背景

　　随着经济形式的快速发展，高层建筑正如雨后春笋般的兴起，不管是办公楼还是家属楼都越来越高，其结构由原来的钢筋混凝土砖墙向软钢轻质材料方面发展，用途由单一性向多功能节能型发展，装修由原来的油漆向高分子材料发展，这就必然给消防车提出了更高的要求。从最初的马车拉水到现在的人工控制消防车灭火，消防车的发展经历了一个漫长的历史，但还是无法摆脱人的操作，鉴于此，我们设计集自动巡逻与自动处理一体的智能消防小车。

　　二.结构说明

　　本系统主要有超声波测距模块，速度检测模块，路程记路模块，火焰检测模块、直流电机及其驱动模块、灭火风扇及其驱动模块、红外警急避障模块，液晶显示模块，NRF24L01无线双线传输数据等模块组成。

　　三.功能与使用说明

　　1、总体框架之系统框图

　　

　　2、 系统硬件结构

　　系统硬件结构分为控制台系统及小车系统。

　　控制台系统：

　　

　　小车系统：

　　

　　这是小车系统：

　　

　　系统软件结构：

　　(1)、基本结构

　　

　　(2)、自动巡逻

　　

　　(3)、遥控模式

　　

　　(4)、灭火功能

　　

　　平台选型说明

 

　　该作品选用平台为基于STC最新推出的IAP15系列为核心的开发板

 

　　设计说明

 

　　五、以STC最新芯片IAP15系列为核心的开发板

　　

　　1、直流电机及其驱动模块

　　L298N是恒压恒流双H桥集成电机芯片，如图4所示可同时控制两个电机，且输出电流可达到2A。其优点在于控制比较简单,外围电路较少,并且可同时驱动两个电机,能够保障对两个电机的驱动能力相同.。至于调档控速， 首先我们利用IAP15F2K61S2控制器的3路PWM ，并选择选择IAP15F2K61S2控制器外围设备切换控制寄存器的默认值，即从P10、P11口输出有一定占空比的方波，从而控制小车左右轮直流电机的速度。通过调试，平均分档。

　　

　　2、火焰检测模块

　　火焰传感器可以检测火焰或者波长在760纳米～1100纳米范围内的光源， 探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏，并且可以调节灵敏度。当检测到火焰时，可以输出数字量和模拟量。最终我们选择数字量输出，便于处理。

　　

　　3、红外警急避障模块

　　此模块的核心器件是光电开关，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。而本次中，我们采用了对射式光电开关。它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。将此信号作为外部中断的促发条件，可以很好地避开障碍物。

　　

　　4、灭火风扇及其驱动模块

　　风扇灭火是我们最终的选择：第一：控制简单，只使用cpu一个端口，占用资源少，使用时出现误差小;第二：风扇适合灭小火焰。第三：调试方便我们可以根据需要改变风扇扇叶的大小，并且可以任意增减其高度;第四：装备简单，只需要一个功率不是很大的电机就可以了。因此，我们将风扇串连继电器再与外部12V-1.2A的电源相连，让单片机的P21口控制继电器的闭合与断开。从而控制风扇的转动与停止，达到灭火的目的。

　　

　　5、速度检测模块

　　采用光电编码盘。通过内部的光敏接收管是否被遮住，可直接得到准确地产生方波,准确性很高，再用一个定时器定时，一个定时器计脉冲，根据光电编码盘有六个小叶，经过计算，可以得出1S时间内的速度值，间接的得到路程的数据。

　　

　　6、超声波测距模块

　　测距模块的核心器件是超声波，在设计中，我们让它每250ms发射一次超声波信号。根据检测超声波模块的接受脚的电平变化，可以准确地开启定时器2合关闭定时器2，并记录定时器2所获得的计数值。接着计算出定时器走了多长的时间，即超声波从发射到返回的时间。将此值代入公式：测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2，从而简单且准确地获得距离障碍物的距离。

　　

　　7、液晶显示模块

　　LCD显示模块，我们选择12864，不但可以显示数字、字母、符号，而且可以显示中文、自定义符号。此模块中，我们采用并口数据输出。分别显示小车的速度值、路程值、障碍物距离及情况状态。同时，让人们很直观地获得小车的状态参量，使得更好的使用并控制好消防巡逻小车。

　　

　　8、NRF24L01无线双线传输数据模块

　　此模块我们采用了NRF24L01无线收发装置。让IAP15F2K61S2控制器的P20、P23、P24、P25、P26、P27模拟SPI对NRF24L01无线收发装置写指令及数据。

　　

　　9、供电模块

　　给单片机供电时，我们采用7805稳压芯片，用78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。学生电源通过7805被稳压到5V供给单片机工作。

　　

　　给风扇和电机供电时，我们采用12V-1.2的蓄电池供电，如此大的容量足以带动用电设备。

 

　　作品特色

 

　　特色1、该作品以STC最新推出的IAP15系列芯片为核心，功能丰富，性能稳定，处理高效。

　　特色2、它不仅可以代替工作人员日夜地进行消防巡逻，而且能够选择路径，智能地避开障碍物，能做到使投入与损失降到最小。

　　特色3、在自动处理的同时，也能受工作人员的控制，使得工作人员有条不紊地执行计划方案。

　　特色4、当遇到火灾时，不仅可以自我进行灭火，而且可以发报警信号回基地，工作人员可以根据其报警信号发射的频率进行判断火焰的大小，从而及时地将火灭掉。

　　特色5、小车能够获得自身的参量状态，根据环境，自我做一些科学的调整，使自我工作在一个良好的状态中，使工作效率提高，适应性更强，并更准确地运行。

 

 系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2782