智能消防小车系统的设计

黄 果 吴恒玉

海南软件职业技术学院电子工程系海南琼海 571400

基金项目：海南省高等学校科学研究项目2013 年度立项课题（Hjjg2013- 61）；海南软件职业技术学院2011 年度立项课题（Hr201109）

【文章摘要】

本文介绍了一种智能消防小车软硬件控制系统的设计与实现。系统采用STC12C5A60S2 单片机作为核心器件，通过控制实现了消防小车的自动寻找灭火路线、判断并自动躲避障碍物、寻找并扑灭火源、自动计算和显示路程等多种功能。

【关键词】

STC12C5A60S2 单片机；循迹；壁障； 灭火

中图分类号：TP29

0 引言

智能小车的设计、制作与控制是全国大学生电子设计竞赛出现频率比较高的题目，而且对智能小车的设计要求较高，如：2007 年的赛题电动车跷跷板、2011 年的智能小车设计等。这些电动小车的设计以模拟电路和数字电路设计应用为基础，涉及单片机、模—数混合电路、传感器、EDA 软件、通信等方面的知识应用，能够体现参赛学生综合运用基础知识进行理论设计的能力、实践创新能力。鉴于此，我们设计一款集自动循迹与自动处理一体的智能消防小车，此设计可以作为学生课程实训项目或岗前综合实训项目。

1 智能消防小车的总体设计

本系统是采用STC12C5A60S2 单片机为核心控制器，实现对运行轨迹的检测和对小车控制，使小车能自动沿黑色轨迹选择正确的行进路线前进，判断并自动躲避障碍物，寻找并扑灭火源，自动计算和显示路程并按最短路径返回等功能。其硬件原理方框图如图1 所示。系统由STC12C5A60S2 控制电路、寻迹模块、火源探测模块、壁障模块、风扇灭火模块、电机驱动模块、报警模块和车载显示模块等部分构成。

2 硬件部分设计

2.1 数控部分

主要由STC12C5A60S2 最小系统控制，它主要完成循迹模式显示和选择、前进轨迹规划与调整、障碍物躲避、灭火风扇控制、电机驱动控制、报警控制等功能。STC12C5A60S2 最小系统如图 2 所示。

2.2 火源检测模块

火源检测模块主要采用红外光电二极管作为火源检测传感器，电路如图2 所示。传感器Q1 没有检测到火焰时，传感器呈高阻状态，比较器U2A 的反相输入端电压高于同相输入端，比较器输出低电平0 ； 当传感器Q1 检测到火焰时，传感器呈低阻状态，比较器U2A 的反相输入端电压低于同相输入端，比较器输出低电平1，电位器RP1 可调节比较器同相端的电位值，从而调节传感器模块的灵敏度。消防小车分别在小车的前部、左右两侧各安装一个火焰传感器模块，其输出端分别连接至单片机的P1.6、P1.7 和P2.5 端。

图1 系统原理框图

图2 STC12C5A60S2 最小系统

2.3 循迹模块

循迹模块的传感器采用光电开关TCRT5000，电路如图3 所示。当传感器Q5 检测到白色轨迹时，传感器呈低阻状态， 比较器U4A 的同相输入端电压低于反相输入端，比较器输出低 电平0 ；当传感器Q5 检测到黑色轨迹时，传感器呈高阻状态，比较器U4A 的同相输入端电压高于反相输入端，比较器输出低电平1，电位器RP4 可调节比较器反相端的电位值，从而调节传感器模块的灵敏度。消防小车在小车的前部底部并列安装四个循迹传感器对运行轨迹进行检测，四路传感器的输出端分别连至单片机的P2.1、P2.2、P2.3 和P2.4 端。

图2 火焰传感器电路

图3 循迹电路

2.4 报警模块和风扇灭火模块

声光报警模块电路如图7 所示。当系统没有检测到火焰时，单片机P2.6 端口输出低电平0，控制声光报警电路不工作； 当检测到火焰时，单片机P2.6 端口将输出高电平1，驱动发光二极管发光，同时蜂鸣器发出报警声。

本系统采用小型风扇装于小车合适位置灭火。当小车靠近火源时，单片机P2.7 端口发出控制信号启动风扇，可靠扑灭火焰。

3 软件设计

软件控制程序由主程序和最短路径返回子程序两部分，其主要实现车载信息显示、消防小车自动循迹、火源寻找、火源报警、风扇灭火和最短路径返回等功能。

3.1 主程序

首先对STC12C5A60S2 单片机系统进行初始化，通过按键选择小车的循迹模式；在循迹的过程中，如果传感器检测到火源，单片机将启动风扇进行灭火，并记录火源坐标；如果没有检测到火源，小车继续前进直至寻找并扑灭火源。扑灭全部火源后，小车根据所在坐标按最短路径返回安全区；返回后，通过按键控制，LCD 显示器可以显示小车全过程时间、火源坐标、火源数目和灭火时间。主流程图如图4 所示。015

实验研究

Experimental Research

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电子制作