智能车电子竞赛论.doc

2015年长通杯电子设计竞赛智能灭火车（A题）所在学院：电气信息工程学院小组成员： 指导教师： 2015年11月13日II摘 要 本次设计以STM32作为主控芯片，利用红处开关管探测障碍物，使得小车能够避开障碍，利用火焰传感器找到火源，从而做出灭火动作。完成了作品基本功能要求。 随着社会与国家的发展，在经济迅速增长的同时，各种危险场所不可避免的火灾频繁出现，给社会安全造成了很多隐患，于是现代火灾及时补救已成为迫在眉睫需要解决的问题，救火早一刻就少一分损失，消防救援人员固然速度已经很快，但也需要一段不小的时间，而且进入救火现场还有生命危险的可能，于是智能灭火小车的理念诞生了。 本设计主要就是针对智能灭火车的单片机控制与制作进行研究。通过对灭火机器人国内外研究现状的分析，进行了智能灭火车包括硬件方案和软件方案的整体方案设计，具体就驱动电机、传感器等进行了分析比较。电源电路提供系统所需的工作电源，L298N电机驱动芯片驱动电机控制小车揣测不同方向的前进后退以及转向，红外传感器模块完成寻迹和避障，火焰传感器检测火焰，灭火风扇进行灭火。本系统硬件配置合理，控制方案优化，实现了智能灭火车在不同的外部坏境下的循迹、避障和灭火的准确控制。本设计制作的灭火机器人具有简易灭火功能，达到了实现现场灭火的目的。关键词：智能小车 红外接近开关 PWM 火焰传感器 红外对管目 录一、系统方案11、循迹模块的论证与选择12、电机驱动模块的论证与选择13、寻找火源模块的论证与选择2二、系统理论分析与计算21、循迹方法种类的的分析22、利用延时控制小车转动角度的计算2三、电路与程序设计31、电路的设计3（1）系统总体框图3（2）电路原理图3（4）电源42、程序的设计4（1）程序功能描述与设计思路4（2）主程序流程图5四、测试方案与测试结果61、测试方案62、测试条件与仪器6五、结论与心得6六、参考文献7附录1：实物图8附录2：源程序9智能灭火小车（A题）一、系统方案本系统主要由循迹模块、避障模块、寻源模块、电源模块、电机驱动模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1、循迹模块的论证与选择方案一：采用发光二极管加光敏电阻。易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到黑线，主要因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度，地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。方案二：采用CCD传感器，此种方法虽然能对路面信息进行准确完备的反应，但它存在信息处理满，实时性差等缺点，因此若采用CCD传感器，无疑会加重单片机的处理负担，不利于实现更好的控制策略方案三：用红外对管作为寻迹传感器。红外反射式传感器由1个红外发射管(发射器)和1个光电二极管(接收器)构成。红外发射管发出的红外光在遇到反光性较强的物体(表面为白色或近白色)后被折回，被光电二极管接收到，引起光电二极管光生电流的增大。将这个变化转为电压信号，该电压通过比较器LM339后转换为高电平（单片机的有效电平），检测出白线；若接收不到发射管发出的光线则输出为低电压，该电压通过比较器LM339后转换为低电平（单片机的有效电平），检测出黑线，且红外对管使用方便，综合以上三种方案，选择方案三。2、电机驱动模块的论证与选择方案一：采用分立组件组成的平衡式驱动电路。可以由单片机直接对其进行控制，但由于分立组件占空间较大，考虑到电机的体积问题，还需要继电器，此方案不够理想方案二：采用L298N电机驱动模块。此模块工作较稳定，且编程简单，体积小，内部集成了两个H桥，可以同时控制两个电机。硬件实现较简单。综合以上二种方案，选择方案二。3、寻找火源模块的论证与选择方案一：采用超声波。能检测到障碍物但不能准确的检测到光源 。方案二：采用火焰传感器。火焰传感器能够探测到波长在700纳米1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时候的灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；反之则越大。综合考虑采用方案二。二、系统理论分析与计算1、循迹方法种类的的分析 我们利用红外传感器来进行循迹，红外传感器上有七个灯，我们选择其中的几个灯进行组合，来达到按特定路线循迹的目的。2、利用延时控制小车转动角度的计算 在小车行进过程中，有时需要转动不同的角度，而这个角度的控制是利用延时来实现的。通过多次测量实验，确定一定的角度，并进行记录，从而实现要求。三、电路与程序设计1、电路的设计（1）系统总体框图寻源模块循迹模块STM32主控芯片灭火模块避障模块图1 系统总体框图（2）电路原理图 图2 红外对管电路 图3 红外接近开关电路 图4 火焰传感器电路（4）电源电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供7.2V电压，确保电路的正常稳定工作。2、程序的设计（1）程序功能描述与设计思路1、程序功能描述根据题目要求软件部分主要实现循迹、避障、寻源、灭火等功能。1）循迹：利用红外对管对黑线的反应，进行控制。2）避障：利用红外接近开关检测障碍物，让小车进行一定的躲避。3) 寻源：采用火焰传感器寻找火焰。4）灭火：自制小风扇进行灭火。2、程序设计思路根据题目，场地中有很多黑线构成网格，于是我们便想到了利用黑线的条数去控制小车的前进后退，以达到比赛要求，发挥部分我们 利用上避障功能，并且我们自己制作了适合本比赛的风扇，使得灭火效果更好，更符合题目要求。（2）主程序流程图四、测试方案与测试结果1、测试方案（1）硬件测试：调节红外接近开关、火焰传感器的灵敏度，使其相互配合以达到最好效果。（2）软件仿真测试：通过仿真反复地对程序进行修改，以达到理想效果。（3）硬件软件联调2、测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。五、结论与心得通过这次比赛我们明白了，任何好成绩的取得都建立在充分的准备之上，只有准备的充分，在面临困难时才显得没有那么畏惧。要有团队精神，多多听取他人的建议，把自己的真实水平发挥出来。 我们还知道了，在比赛中，要表现出真实的自己，欣赏自己，让自己表现得更好，也欣赏他人，学习他人的长处。要互相鼓励，互相帮助。这次比赛，让我们总结出四个字-越挫越勇，我们还懂得了:不要被自我感觉所蒙蔽，自己还有许多要学习的地方，要多多努力，尽量多的抓住机会，从每一件事中找到进步的目标，让自己变得越来越优秀。困难面前，不畏惧，不退缩。勇往直前，为自己鼓掌。六、参考文献1谭浩强.C语言程序设计M.北京:清华大学出版社,2012附录1：实物图16附录2：源程序主函数#includedelay.h#includesys.h#includeusart.h#includetimer.h#includeexti.h#includestm32f10x_exti.h#includevoice.h#includeTracking.h#includeMotor.h#includeFire.h#includePhosen.hfloatH_H=1000;staticintfire_flag=0; intmm=0;ints_s=0; intjudge_fire()intflag=0;if(GPIO_ReadInputDataBit(FIRE_PORT,Fire_Left_1)=0)|(GPIO_ReadInputDataBit(FIRE_PORT,Fire_Left_2)=0)|(GPIO_ReadInputDataBit(FIRE_PORT,Fire_Right_1)=0)|(GPIO_ReadInputDataBit(FIRE_PORT,Fire_Right_2)=0)fire_flag=1;returnflag;intmain(void)NVIC_Configuration(); /TIM2_Init(500,7199);/WT588D_Init();TIM3_Pwm_Init(35999,0);Tracking_IO_Init();Motor_IO_Init(); Fire_IO_Init();PhoSen_IO_Init();while(1)judge_fire();if(fire_flag=0)Dir_Control();if(fire_flag0)Fire_Control();子函数1#include sys.h#include PhoSen.h#include Motor.hvoid PhoSen_IO_Init(void) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; /PB0PB2GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Left_Sensor;/ | Mid_Sensor | Right_Sensor; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);子函数2#include timer.h#include usart.h#include Tracking.h#include Fire.hvoid TIM2_Init(u16 arr,u16 psc) TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE ); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); /TIMx void TIM2_IRQHandler(void) /TIM2if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) Black_Line_Count(); TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update ); void TIM3_Pwm_Init(u16 arr,u16 psc) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_4;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); 子函数3#include sys.h#include Motor.h#include time.hlong FLAG=0;void Motor_IO_Init(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MOTOR_PIN_IN1 | MOTOR_PIN_IN2 | MOTOR_PIN_IN3 | MOTOR_PIN_IN4; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);void Motor_Go_Forward(int Speed) TIM_SetCompare2(TIM3, Speed);GPIO_SetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN2);GPIO_ResetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN1);GPIO_SetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN4);GPIO_ResetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN3);void Motor_Go_Back(int Speed) TIM_SetCompare2(TIM3, Speed);GPIO_SetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN1);GPIO_ResetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN2);GPIO_SetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN3);GPIO_ResetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN4);void Forward_Motor_Turn_Left(int Speed) TIM_SetCompare2(TIM3, Speed);GPIO_SetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN1);GPIO_ResetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN2);GPIO_SetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN4);GPIO_ResetBits(GPIOB, MOTOR_PIN_IN3); FLAG+; if(FLAG10000) FLAG=0; void Back_Motor_Turn_Left(int Speed) TIM_SetCompare2(TIM3, Sp