新型消防车的研究

新型消防车的研究

1 引言

1.1问题的提出

国家相关部门统计资料显示，我国的消防车保有量约为2.3万辆，近年新增和更新消防车近3000辆。但我国的消防车车型结构不尽合理，特种车比例过低，水罐消防车约占总量的70％，而特种车（除水罐、干粉、泡沫以外的车辆）仅占10％，且车型较老。

有专家预测：目前，我国消防车市场，从总体上看正处于一个高增长的阶段。在未来的5年之内，这种增长的势头一直不会减弱。每年平均增长量会维持在2000台左右。一方面我国的消防车有待更新，市场前景看好；另一方面国内消防车生产厂家却在产量小、效益少的低谷中徘徊不前。

现有消防车只是将少数人接救到车顶的平台处，或者从车壁上的云梯下到地面，这种传统的解救方式有两大缺点，首先平台空间有限，不足以容纳太多的逃生人员，当遇到着火楼层逃生人员多时，解救速度太慢，势必会拖延时间，造成原本可以避免的伤亡。再者消防车高空作业，逃生人员通过云梯向下攀爬，可能产生晕厥现象，不仅逃生速度慢而且安全系数小。但遇到弱势群体时，比如老人，妇孺，残疾人等请况，会给营救工作带来很大困难。

经过改装后的消防车可以有效的解决上述问题，皮带传动装置和可升降逃生电梯的应用，不仅解决救生空间的问题，而且提高了增强了消防车的救援速度。因此设计了新型消防车系统。

1.2课题研究的意义

本作品设计出了一种新型的消防车，在现有消防车的基础上，设计缓冲装置以增加消防车的救援功能。具体如下：

1．营救部分采用皮带传送和电梯装置。皮带上固定营救箱，并箱内安装有保险带；电梯装置类似吊篮装置，竖直上升和下降，加快了营救人员的速度，同时电梯门设计巧妙，通过一个简易阀门实现电梯的闭合和打开，大大的提高了工作效率。

2．消防车上安装有摄像头，在一些特定场所消防人员难以进入到事故现场，在消防车上安装摄像头，不仅可以实时监测事故现场的状况，而且可以通过无线模块实现对消防车的远程控制。

2 系统概述

2.1 系统功能要求

1．设计并制作消防车的车体结构、车轮的制作、电机的选择安装等；

2．设计并制作可完成人机交互工作的控制电路板；

3．消防车上安装有摄像头，在一些特定场所消防人员难以进入到事故现场，不仅可以实时监测事故现场的状况，而且可以通过无线模块实现对消防车的远程控制。

4．设计控制板的程序。

2.2 系统组成

经过分析系统功能的要求，可以将各部分功能分别由硬件完成，或硬件与软件共同完成。

硬件部分应该包含：底盘电机控制电路，转盘电机和升降电机控制电路，键盘输入电路，电源电路。

图2-1 系统组成

软件部分应该实现：键盘按键的捕捉识别，底盘电机的控制，转盘电机和升降电机的控制，无线数据发送与接收，电脑视频数据的显示，得出系统的框图如图2-1所示。

3 方案论证

3.1控制器的方案论证与选择

方案1：采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。

方案2：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。但是当凌阳单片机在语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得处理其它任务的速度和能力降低。

方案3：采用Atmel公司的ATmaga16单片机作为主控制器。ATmaga16是一个低功耗，高性能的8位单片机，片内含16k空间的可反复擦些100,000次的Flash只读存储器，具有1Kbytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个8位可编程定时计数器，1个16位可编程定时计数器，四通道PWM，内置8路10 位ADC。且maga 系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。

从各个角度考虑，方案3的可行性高。

3.2 无线通讯芯片的选择

方案1：nRF905功能特点：

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.9～3.6V，32引脚QSON封装(5×5mm)，工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650us。nRF905支持多点间通信，最高传输速率可达100Kb/s，有125个频道可供选择，可满足多频及跳频需要，主要工作参数大都可通过芯片状态字由用户根据需要自行配置，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。nRF905没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。所以nRF905是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片之一。此外，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。

方案2：也可选用nRF2401以及其他收发芯片，但它们有的需要外围元件过多，有的协议复杂，不易实现，有的费用较高，增加了成本，有的传输距离较短。

根据以上两种方案的比较，因此在本电路设计时采用的是nRF905芯片。

4 系统硬件设计

4.1单片机电路

4.1.1 AVR单片机内部结构

AVR单片机内部资源非常丰富，集成了各种常用的外围设备，主要由以下部分

组成：

●16K字节擦写寿命 10000 次的系统内可编程Flash

●具有独立锁定位的可选Boot 代码区

●片上Boot 程序实现系统内编程

●可同时读写操作的512字节擦写寿命100000 次的EEPROM

●1K字节的片内SRAM

●可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密

●JTAG接口，标准的边界扫描功能支持扩展的片内调试功能

●通过JTAG 接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程

●两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器

●一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器

●具有独立振荡器的实时计数器RTC

●四通道PWM

●8路10 位ADC

●2个具有可编程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道

●面向字节的两线接口IIC

●两个可编程的串行USART

●可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口

●具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器TWI

●片内模拟比较器

●上电复位以及可编程的掉电检测BOD

●片内经过标定的RC 振荡器

●片内/ 片外中断源

●6种睡眠模式: 空闲、ADC 噪声抑制、省电、掉电、Standby 模式

●32 个可编程的I/O 口

AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍