【《某单片机控制的智能灭火小车的硬件和软件设计案例》6000字】

某单片机控制的智能灭火小车的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u31377某单片机控制的智能灭火小车的硬件和软件设计案例 。寻迹电路中的一个黑色传感器线圈通常会根据智能灭火小车在这一点上的实际运动速度情况来看，在行驶的过程中被左/右寻迹传感探头检测到黑色的信号后，两个不同为位置的探头会分为两种情况来驱动小车的电机来让小车进行相应的转向操作，当两个探头都没有检测到任何的信息，驱使电机让智能灭火小车继续向前行驶。1.6智能灭火小车的硬件设计模块经过前面的硬件设计，基本完善了对智能灭火小车的整体硬件设计。它主要包括红外寻迹模块，红外火焰传感器和红外灭火模块以及红外避障模块。从智能小车的外观来看，小车的设计比较简洁直观，并且智能小车的各个方面都表现出色。图1.8为本次设计的整体硬件图。图1.8智能灭火小车整体设计图1.7本章小结本章主要对本次设计的相应模块进行了详细的解释。同时也介绍了系统主要芯片的原理图以及灭火小车实物图的演示。第2章系统软件设计2.1主要软件系统设计本次软件系统的应用软件设计主要是基于KeilC51软件系统进行应用程序的软件开发和系统编程以及调试。采用了一种模块化功能系统设计的基本理念,首先对各种功能模块的应用程序设计进行了系统编写和调试,，然后编写出系统的主程序。使用KeilC51软件创建一个项目，对其进行编程，然后在该程序之后对其进行调试。如果调试成功，它将被编程到MCU中。程序编译成功如下图2.1所示图2.1KeiluVision4软件运行界面2.2各模块程序设计2.2.1寻迹模块程序设计寻迹模块中小车会寻场地中设置好的黑线行走。小车在前进的过程中两个寻迹传感器会分别检测相应的范围内是否存在黑色信号。当其中的一个寻迹传感器检测到黑色信号时，会将经过比较后的信号发送给中央处理器，处理器会对信号进行处理，然后控制小车做出相对应的转向调整。若任何一个探头都没有检测到黑线的信号，这时中央控制处理器控制小车执行继续直行的操作。当中央处理器检测到两路传感器引发的电平信号变化相同时，说明此时小车的左侧和右侧都不会直接碰到一条黑色的线，小车直行。寻迹模块的程序流程图如图2.2所示。图2.2寻迹模块程序流程图2.2.2避障程序设计本次设计采用的是红外避障传感器,原理是红外接收器和红外发射器组成,在智能灭火小车按照避障程序进行行驶时,发射部分连续地自动发射和输出相应的红外光,并在其一个可以随时监视的角度范围内对其进行红外扫描,当其中一个红外传感器接收到检测到的红外反射光和返回射出来的红外光束时表明小车的前面有障碍物，中央处理器会将接收到的信号进行处理，从而来驱动电机让小车做出相对应的调整来达到避障的目的。如过小车两侧的避障传感器没有探测到障碍物的信息，中央处理器就会通过调用相应的程序来让小车继续行走；当智能灭火小车遇到障碍物的时候，中央处理器会将从红外避障传感器中发送过来的信号进行处理，然后相关程序让智能灭火小车的电机做出相应的调整，最后实现避开障碍物的功能。避障的程序流程图如图2.3所示。图2.3智能灭火小车避障程序流程图智能灭火小车的避障程序设计主要是实现小车在行进过程中检测到障碍物并且跨过障碍物。在避障的过程中，小车会优先选择火源较近的那一方，例如小车在实现避障功能时，左侧红外火焰传感器探测到火源的信号时，智能灭火小车将实现转向左侧去寻找火源，而不是去其他地方找寻火源。2.2.3小车灭火模块程序设计灭火模块是本设计中较为重要的模块来进行设计，是通过智能灭火小车正前方的红外火焰传感器来探测前方是否有存在火焰信号。当探测到火源时，火焰传感器会将比较后的信号发给中央处理器。中央处理器对接收到的信号进行处理，然后驱动水泵进行灭火的操作。在智能灭火小车行驶的过程中，当智能灭火小车距离火源越近的时候，红外火焰传感器探测到的信号就会比较弱，火源传感器接收并经过比较后的数字信号数值就会越大。否则，火焰传感器探测并接收到的火焰信号就会越强。智能灭火小车的灭火程序流程图如图2.4所示。图2.4小车灭火程序流程图在本次设计中，这部分程序所执行的功能是执行灭火的操作，在实现灭火的过程中需要注意实现对火源一次进行灭火。在中央处理器调用灭火程序驱动电机来控制水泵的过程中为了提高灭火的准确性和效率，中央处理器会通过调用相关的程序来控制电机的转速，从而控制水泵中水的流速，达到高效灭火的效果。2.3本章小结本章简单的介绍了一个系统软件的总体设计方案，绘制出了一个系统的软件编程总流程图和各个模块的软件工作流程图，为下一步测试打下基础。第3章系统调试与分析3.1智能灭火小车的制作过程制作智能灭火小车大约花费了一个月的时间来进行制作，在制作过程中需要用到很多相关的实验器材和焊接设备等，另外，在制作过程中也遇到了一些以前没有遇到过的问题。（1）开始阶段。通过近一周的认真准备，将所有要用到的器件都准备好，通过网上查询资料和自己需求购买相应的器件。（2）初步焊接。本设计所需要的各个模块的传感器和电机都需要自己手动来进行焊接。与设计相关的器材也是自己通过一些商店进行购买的，在焊接器材和连接电路的过程中寻求了吕老师的帮助。（3）各个模块设备的组合。在本次设计中所用到的传感器有火焰传感器、避障传感器、寻迹传感器等。第一步，将小车的车轮和主板进行连接，然后将焊好的电机在车轮的两侧，小车的主体框架就搭建完成了。第二步将各个传感器安装到小车的对应位置上，将处理芯片安装到小车的正上方，固定。第三步，用杜邦线将各个传感器和芯片的相关引脚进行连接，小车的初步设计和安装就完成了。（4）程序编写。程序是小车完成多种功能的核心，而编程则至关重要。这次程序编写，首先是从网上下载一些类似功能的程序，然后在这个基础上根据自己的需求进行改进与实现。（5）后期实物测试。首先完成智能灭火小车的软硬件整体设计，就开始对小车进行各个模块的测试工作。在小车的测试中，纸箱作为边界，黑线作为寻迹的路线，实现过程中应该实现的功能有避障功能、寻迹功能和灭火功能。3.2智能灭火小车的后期调试3.2.1调试问题汇总本次设计遇到了很多之前没有遇到的问题，在此罗列出一些典型问题。（1）智能灭火小车进行避障功能的测试时，在小车中间出现的障碍物有时会出现感应不到的现象，导致碰撞到障碍物。对于出现这种问题，初步进行判断是红外避障传感器的检测距离出现了问题，调节了电位器发现结果并没有显著的提升。但是通过调节避障传感器在主板上的位置发现得到的结果有有所差异。查明了问题所在，经过调节红外避障传感器的间距有效的解决了该问题。（2）当智能灭火小车进行灭火功能的测试时，水泵没有进行灭火的操作，在当小车没有遇到火源时，水泵有时会自主的进行作业。对于以上问题，初步的判定是传感器在接收光源的时候受到了其他光线的干扰，导致了这样的结果。经过后来查阅相关文献和求助指导老师，经过验证发现受其他光线所影响，火焰传感器接收到了一些其他的伪火焰信息，导致了水泵进行工作。查阅文献得知还有一些可以导致灭火功能出现错误的原因：编写程序时出现的错误，驱动水泵进行工作的电机出现了一定的故障，火源光不够亮等。为了有效降低这种情况的出现，在相对应的传感器上加了黑色电工胶带，经验证，可以在一定程度上有效的减少自然光的干涉。（3）小车在行驶的过程中，不会寻黑线行走的情况。小车的这种现象是因为红外寻迹传感器对接收到的不同信号的返回值判断不清除造成的，本次设计中使用黑色电工胶带作为寻迹模块中的寻迹线路。当背景色与黑色较为接近时，红外传感器对信号的接收到很多信号，因此不能达到寻迹的效果。最终通过调节寻迹传感器上的电位器得到有效的调整。3.2.2测试结果本次设计的场地是在室外，实验场地是由障碍物围起的，试验场地中存在着随机排放的障碍物，和一些用来模拟火源的蜡烛。在上电前先对各个模块进行仔细的检查。上电检查：对一台电机进行通电后，观察电机的运行状态是否正常。再主控板进行通电，观察主控板上电路的各个部分进行检查是否存在异常。准备工作做完后，首先进行避障模块的测试，小车可以从避障场地内的任何一个位置出发。小车在行驶的过程中避障模块会探测前方是否有障碍物信息，没有的话继续行驶，有的话中央处理器将从避传感器接收到的信号进行处理，然后控制小车进行相应的调整，在此期间，小车如果遇到火源，中央处理器会优先处理，驱使电机控制小车停止，然后驱动水泵进行灭火。寻迹模块的测试，小车按照既定的路线进行行走，小车两侧的寻迹传感器会检测是否有黑色信号，有的话经过比较器将信号发给中央处理器，中央处理器经过处理后控制小车进行相应的调整，是小车能后继续按照既定的路线行走。同样，在此期间，小车如果遇到火源，中央处理器会优先处理，驱使电机控制小车停止，然后驱动水泵进行灭火操作。后期测试的场地如图3.1所示。图3.1后期场地测试图3.2.3后期调试分析与改进通过以上出现的问题，在这里进行简明的分析。出现这些问题的原因是初期工作对于题目的了解不够透彻，以致于出现后期一系列的问题。考虑到这些问题，这里进行一些优化的操作；（1）在拿到一个新的题目时，要根据题目的要求联系已经学到的理论知识和实践知识来进行认真的分析。（2）一个系统的整体项目是由不同个模块来完成的，所以要对每一个模块的原理以及设计进行充分的了解。小车的设计强调其智能特性，因此该设计针对传感器进行了进一步优化，反映出智能灭火小车智能的特点。（3）如有问题，尤其是从未发生过的问题，请多加注意。首先，需要仔细分析问题的根本原因，并在可能的情况下找到解决方案。3.3小车的优缺点分析本次设计的智能灭火小车，主要实现了寻迹功能、避障功能和灭火功能。智能灭火小车的优点：智能灭火小车的整体外型线条优美，车身大小适中。万向轮使得小车在行进的过程中能够灵活的进行转向操作。智能灭火小车所使用的电源是可重复充电的锂电池，