智能消防车设计与总结报告

智能消防车设计与总结报告

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目录

一、摘要 (2)

二、比赛要求 (3)

三、系统方案 (4)

1.解决方案设计 (4)

2.各部分设计 (4)

1)车体设计 (4)

2)控制器模块 (5)

3)电机模块 (5)

4)电机驱动模块 (5)

5)循迹传感器模块 (5)

6)火焰传感器模块 (5)

7)电源模块 (5)

8)显示模块 (6)

9)报警声音模块 (6)

10)灭火模块 (6)

11)创新功能 (6)

12)总体设计 (6)

四、系统硬件设计 (7)

1.控制器模块 (7)

2.电机驱动模块 (7)

3.循迹传感器模块 (8)

4.火焰传感器模块 (8)

5.电源模块 (9)

6.显示模块 (10)

7.报警声音模块 (10)

8.灭火模块 (11)

9.语音模块 (12)

10.电池保护模块 (13)

五、系统软件设计 (14)

六、系统功能测试 (16)

测试一：小车循迹 (16)

测试二：直角处转弯 (16)

测试三：液晶屏显示 (17)

七、创新功能 (18)

1.电源警报 (18)

2.语音提示 (18)

八、结语 (19)

九、参考文献 (19)

一、摘要

本系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控制芯片，以L298N作为直流电机驱动芯片，通过PWM控制智能消防车的驱动电机，本设计可实现智能消防车循迹进入场地，绕过障碍物，检测火焰，发出报警并将火焰熄灭返回仓库，以及在此过程中通过液晶屏显示提示信息等功能。整个系统在设计中注意低功耗处理，同时力求高性价比等细节，电路结构简单，可靠性能高，在结构和技术上具有一定参考价值。

关键词：单片机循迹灭火液晶屏

本设计主要特点：

1.所用元器件简单，稳定性好

2.低功耗电源设计，有效降低系统功耗。

3.信息采用LCD汉字显示，清晰、直观

二、比赛要求

注：图中A为车库，B为指定地点，C、I、J为点燃的蜡烛（模拟火源），D、E、F、G、H为5个障碍物，黑线为模拟街道。

1.在场地大面积黑色区域随机放置一只蜡烛和一个障碍物。消防车从车库A出发至该

区域，绕过障碍物，自动搜索火源，执行灭火任务。灭火完成后，沿原路返回车库。

2.在场地大面积黑色区域随机放置两只蜡烛和两个障碍物（大致位置见示意图）。消

防车从车库A出发至该区域，绕过障碍物，自动搜索火源，执行灭火任务。灭火完成后，沿原路返回车库。

3.显示消防车完成步骤（2）或（1）所用时间。

4.上述过程用时尽可能少。

5.其它特色与创新。

三、系统方案

在全黑区域灭火

需设计小车遇到障碍物后的避

方案一：购买整体小车底盘。这种车体质量好，设计比较合理，并留有合适的传感器安装位置，且稳定可靠。成本较高。

方案二：采用玩具小车改装。这种车体已安装电机等装置，外观比较好看，但是一般速度比较快，而且由于转弯方式等限制，不易用单片机控制。并不适合此次

设计。

方案三：自制小车底盘。能够有效降低成本，而且能够根据需要设计车体，方便电路设计和传感器安装。但精确度不高，比较粗糙，性能不太稳定。

综合各方案的优缺点，同时比较方便地找到了一个小车底盘，结合实际，采用方案二、方案三结合的方法，对现有小车底盘进行一定改装，能够较好满足此次设计要求。

2)控制器模块

此部分为小车的核心部件，需对传感器进行信息处理，控制小车完成各种动作，同时驱动各个模块协同工作。考虑到电机的驱动问题，至少需要两路PWM控制两个电机，同时考虑到51内核单片机具有价格低廉，简单易用，资料丰富等特点，决定采用STC公司的STC12C5A60S2单片机。

3)电机模块

电机是小车一系列移动动作的基础，制定如下方案：

方案一：采用步进电机。实现物体的精确定位和方向控制，但成本较高，比较适合精度要求较高的场合。

方案二：采用直流电机。直流电机加上合适的减速箱后，可以实现较为合适的速度，并通过PWM信号进行控制，完成加速减速。但是无法实现较为精确的动作，可通过传感器实时反馈进行校正。

考虑到成本、体积等问题，决定采用方案二。

4)电机驱动模块

由于单片机不能直接驱动直流电机，需要电机驱动模块。

方案一：采用分立元件焊接电机驱动模块。此方案成本较低，但是稳定性不高，一旦出现故障，分立元件电路的检测和修理会极为繁琐。

方案二：采用集成驱动芯片L298N。成本较高，但芯片外围电路焊接简单，性能较好，稳定性较高。

综上采用方案二。

5)循迹传感器模块

虽可以采用“光敏电阻+发光二极管”的组合，但是自然光很容易对这样的组合造成干扰，影响效果。于是此模块决定采用较为常用的红外反射式光传感器TCRT5000。

6)火焰传感器模块

根据火焰处的红外线强度比较高，此模块采用5mm红外接收管，通过检测红外线强度，来确定火焰位置。

7)电源模块

较为通常的方法是采用三端线性稳压器，但其工作方式不可避免地增大了电路的总功耗，并且需要安装散热片，造成模块体积较大。因此此次决定采用效率更高的开关型降压稳压器。

LM2576应用时比较简单且外围元件较少，内置频率补偿电路和固定频率振荡器。可以高效的取代一般的三端线性稳压器，它能够充分的减小散热片的面积，在一些应用条件下甚至可以不使用散热片。

因此主电源模块决定采用LM2576-5，稳压后5V电压除为大部分电路提供能源外，还通过AMS1117-3.3输出 3.3V电源，供 3.3V器件使用。电机驱动采用LM2576-ADJ芯片，通过调整2576-ADJ的输出电压，对小车整体速度进行调整。