車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)38消防智能電動(dòng)車

1 楊濟(jì)民 馬仁富 朱智林教授點(diǎn)評(píng) : 系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為控制核心，加以直流電機(jī)、舵機(jī)、光電傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱碗娫措娐芬约捌渌娐窐?gòu)成，設(shè)計(jì)報(bào)告完整，元器件選擇比較恰當(dāng)，制作的小車能完成題 目的所有要求，語(yǔ)音報(bào)警比較有特色，功能齊全。但行進(jìn)路線固定。 消防智能電動(dòng)車設(shè)計(jì)與制作 山東大學(xué) 梅高青 孫慶軒 臺(tái)宏達(dá) 目錄 摘要： . 3 關(guān)鍵詞： . 3 Abstract: . 3 Keywords: . 3 1系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 4 1.1 設(shè)計(jì)要求 . 4 1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) . 4 1.1.2 設(shè)計(jì)要求 . 4 1. 2 模塊方案比較與論證 . 5 1.2.1 車體設(shè)計(jì) . 6 1.2.2 控制器模塊 . 7 1.2.3 電源模塊 . 8 1.2.4 尋跡傳感器模塊 . 8 1.2.5 火焰?zhèn)鞲衅髂K . 9 1.2.6 避障模塊 . 9 1.2.7 測(cè)速計(jì)程模塊 . 10 1.2.8 電機(jī)模塊 . 10 1.2.9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 . 10 1.2.10 車載語(yǔ)音模塊和控制臺(tái)語(yǔ)音模塊 . 11 1.2.11 無線收發(fā)模塊 . 11 1.2.12 顯示臺(tái)顯示模塊 . 11 1.2.13 車載顯示模塊 . 11 1.3 最終方案 . 12 1.4 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) . 13 2 2硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì) . 18 2.1 微控制器模塊的設(shè)計(jì) . 18 2.2 光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì) . 18 2.3 尋跡光電對(duì)管的安裝 . 20 2.4 火焰?zhèn)鞲衅骷捌湔{(diào)理電路的設(shè)計(jì) . 21 2.5 火焰?zhèn)鞲衅鞯陌惭b . 21 2.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) . 22 2.7 滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路 . 23 2.8 滅火風(fēng)扇的安裝 . 23 2.9 測(cè)速計(jì)程模塊的安裝 . 24 2.10 語(yǔ)音識(shí)別電路的設(shè)計(jì) . 25 2.11 無線收發(fā)模塊的實(shí)現(xiàn) . 25 3軟件實(shí)現(xiàn) . 26 3.1 主程序流程圖 . 26 3.2 滅火子程序流程圖 . 28 3.3 傳感器數(shù)據(jù)處理及尋跡程序流程 . 30 4系統(tǒng)功能測(cè)試 . 31 4.1 測(cè)試儀器及設(shè)備 . 31 4.2 功能測(cè)試 . 31 4.2.1 基本功能測(cè)試 . 32 4.2.2 發(fā)揮功能及其他功能測(cè)試 . 35 5.結(jié)論 . 36 6.結(jié)束語(yǔ) . 36 7.參考文獻(xiàn) . 36 3 摘要： 本智能車是以鋁合金為車架， AT89S52 單片機(jī)為控制核心，加以直流電機(jī)、舵機(jī)、光電傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱碗娫措娐芬约捌渌娐窐?gòu)成。系統(tǒng)由 89S52 通過 IO 口控制小車的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。舵機(jī)帶動(dòng)滅火風(fēng)扇左右轉(zhuǎn)向擺動(dòng)進(jìn)行滅火。尋跡由 RPR220 型光電對(duì)管完成，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行火焰掃描。同時(shí)本系統(tǒng)用凌陽(yáng)單 片機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音的播報(bào)，以提示當(dāng)前狀態(tài)。本系統(tǒng)同時(shí)通過 DF 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，將該車當(dāng)前的狀態(tài)遠(yuǎn)程傳送給顯示臺(tái)。顯示臺(tái)由 OCMJ4X8C 液晶屏和 2 個(gè)按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示和啟動(dòng)控制。 關(guān)鍵詞： AT89S52 直流電機(jī) 舵機(jī) 光電傳感器 火焰?zhèn)鞲衅?消防智能電動(dòng)車 DF 無線收發(fā) Abstract: The smart car is aluminum alloy for the chassis, AT89S52 MCU as its core, including motor and servo, plus photoelectric sensors, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the white line. RPR220 reflective photo sensor seeks the trace. Far infrared flame sensor tracks the flame. In addition, the SCM system with Sunplus for voice broadcast can remind current status. The system transmits information through DF module. The cars status will be transmitted to the Remote Console. OCMJ4X8C LCD display and 2 keys for start control. Keywords: AT89S52 Motor Servo Photo sensor Flame sensor Electrical fire engines DF wireless transmission 4 1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1 設(shè)計(jì)要求 1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)制作一個(gè)消防智能小車模型，能到制定區(qū)域進(jìn)行搶險(xiǎn)滅火工作。以蠟燭模擬火源，隨機(jī)分布在場(chǎng)地中，場(chǎng)地如圖 1 所示： 圖 1 場(chǎng)地示意圖 1.1.2 設(shè)計(jì)要求 1）基本要求 （ 1）智能小車從安全區(qū)域啟動(dòng)，自動(dòng)尋找到火源并顯示。 （ 2）除安全區(qū)外，場(chǎng)地隨機(jī)出現(xiàn) 2 個(gè)火源，要求智能小車能夠發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)火焰并將其完全撲滅。 （ 3）能夠發(fā)現(xiàn)并撲滅第二個(gè)火焰。 （ 4）撲滅二個(gè)火焰的總時(shí)間不超過 5 分鐘。 （ 5）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示撲滅的火源數(shù)。 5 2）發(fā)揮部分 （ 1）搶險(xiǎn)完畢后智能小車能夠返回到安全區(qū)域（原位）。 （ 2）能夠自動(dòng)計(jì)算和顯示路程。 （ 3）能夠用不同聲音對(duì)不同的狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警。 （ 4）其他 3）說明 （ 1）小車尺寸小于 30cm 30cm，所用電源電壓小于等于 24V。 （ 2）控制電機(jī)類型不限，其安裝位置及安裝方式自定。 （ 3）滅火方式不限，但不 允許碰倒蠟燭。 （ 4）小車不能完全離開場(chǎng)地。 （ 5）允許一次重啟動(dòng)機(jī)會(huì)。 （ 6）蠟燭高度： 15 20 厘米。蠟燭置于方框的中間位置。 （ 7）障礙物尺寸 15cm 15cm 15cm，且位置固定。 （ 8）試驗(yàn)場(chǎng)地可采用黑膠皮，網(wǎng)格線可采用寬度為 2.5 3.0cm 的白色單面膠紙，測(cè)試時(shí)可自帶。 1. 2 模塊方案比較與論證 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、尋跡傳感器模塊、火焰?zhèn)鞲衅?、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、滅火風(fēng)扇及其驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)模塊、語(yǔ)音模塊、車載顯示模塊、無線收發(fā)模塊以及液晶顯示模塊等模塊構(gòu)成。本 系統(tǒng)的方框圖如圖 2 所示： 6 圖 2 系統(tǒng)方框圖 為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 1.2.1 車體設(shè)計(jì) 方案 1：購(gòu)買玩具電動(dòng)車。購(gòu)買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的說來，玩具電動(dòng)車具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn) 90 度甚至 180 度的彎角。再 次，玩具電動(dòng)車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動(dòng)車一般都價(jià)格不扉。因此我們放棄了此方案。 方案 2：自己制作電動(dòng)車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，前后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前后裝兩個(gè)萬向輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的 90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。 在安裝時(shí)我們并不把兩個(gè)萬向輪裝在一個(gè)平面上。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪與前萬電源模塊 控制器模塊 尋跡傳感器模塊 火焰?zhèn)鞲衅髂K 電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)轉(zhuǎn)向模塊 滅火風(fēng)扇及其驅(qū)動(dòng)模塊 語(yǔ)音模塊 無線發(fā)射模塊 無線接收模塊 語(yǔ)音模塊 顯示臺(tái)顯示模塊 避障模塊 車載顯示模塊 測(cè)速計(jì)程模塊 7 向輪 形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。 對(duì)于車架材料的選擇，我們經(jīng)過比較選擇了鋁合金。用鋁合金做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。 綜上考慮，我們選擇了方案 2。實(shí)物圖如圖 3 所示： 圖 3 車體底盤實(shí)物圖 1.2.2 控制器模塊 方案 1：采用可編程邏輯期間 CPLD 作為控制器。 CPLD 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、 IO 資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用 并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。 方案 2：采用凌陽(yáng)公司的 16 位單片機(jī)，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽(yáng)單片機(jī)應(yīng)用語(yǔ)音處理和辨識(shí)時(shí)，由于其占用的 CPU 資源較多而使得凌陽(yáng)單片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。 本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡 和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)以及電機(jī)的控制，兼有語(yǔ)音的播報(bào)。如果單純的使用凌陽(yáng)單片機(jī)，在語(yǔ)音播報(bào)的同時(shí)小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和編程的簡(jiǎn)潔性考慮，我們放棄了單純使用凌陽(yáng)單片機(jī)而考慮其它的方案。 方案 3：采用 Atmel 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器而用凌陽(yáng)單片機(jī)作為輔助控制器。 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能的 51 內(nèi)核的 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k 空間的可反復(fù)擦些 1000 次的 Flash 只讀存儲(chǔ)器，具有 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè) IO 口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) 計(jì)數(shù)器。且該系列的 51 單片機(jī)可以不用燒寫器而直接用串口或并口就可以向單片機(jī)中下載程序。 我們自己制作 51 最小系統(tǒng)板，體積很小，下載程序方便，放在車上不會(huì)占用太多的空間。 為了同時(shí)方便使用語(yǔ)音的播報(bào)和識(shí)別，我們選擇了凌陽(yáng)公司的 SPCE061A 精簡(jiǎn)開發(fā)板 8 61B 板。 61B 板上配有喇叭插座、麥克風(fēng)等。用戶只需使用在線調(diào)試器，不用再外接任何器件即可以完成語(yǔ)音錄放等功能。 該精簡(jiǎn)系統(tǒng)板體積小，功能齊全，資源豐富。能夠滿足系統(tǒng)的要求。 從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案 3。 1.2.3 電源模塊 由于本系統(tǒng)需要電池供電， 我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。 方案 1：采用 12V 蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。 方案 2：采用 3 節(jié) 4.2V 可充電式鋰電池串聯(lián)共 12.6V 給直流電機(jī)供電，經(jīng)過 7805 的電壓變換后為單片機(jī)，傳感器和舵機(jī)供電。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為直流電機(jī)供電時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。因此我們放棄了此方案。 方案 3：采用 3 節(jié) 4.2V 可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電，用 2 節(jié)鋰電池經(jīng)過 7805 的電壓變換為單片機(jī)和傳感器供電。再用 2 節(jié)鋰電池經(jīng)另一套 7805 電壓變換電路為舵機(jī)供電。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，舵機(jī)直流電機(jī)工作互不影響，且電池的體積較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 綜上考慮，我們選擇了方案 3。 1.2.4 尋跡傳感器模塊 方案 1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。 但是這種 方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 方案 2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我們放棄了這個(gè)方案。 方案 3：用 RPR220 型光電對(duì)管。 RPR220 是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵 紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。 RPR220 采用 DIP4 封裝，其具有如下特點(diǎn)： （ 1） 塑料透鏡可以提高靈敏度。 （ 2） 內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。 （ 3） 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。 當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。 因此我們選擇了方案 3。 9 1.2.5 火焰?zhèn)鞲衅髂K 火焰檢測(cè)有溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器以及 CCD 圖像傳感器。我們綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。 方案 1：用溫度傳感器如熱電偶，熱電偶在工業(yè)應(yīng)用 上十分廣泛。但是熱電偶感應(yīng)的范圍太廣，而且由于火焰只是周圍溫度稍高且范圍較窄。試驗(yàn)驗(yàn)證用熱電偶檢測(cè)火焰精度不高，因此我們放棄了此方案。 方案 2：用煙霧傳感器。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用與火警檢測(cè)。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的，沒有太大的煙霧，因此用煙霧傳感器作為此小型電動(dòng)車的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱茫虼宋覀兎艞壛舜朔桨浮?方案 3：用紫外傳感器檢測(cè)火焰。 紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獞?yīng)用于火災(zāi)消防系統(tǒng)，尤其是一些易燃易爆場(chǎng)所，用來監(jiān)測(cè)火焰的產(chǎn)生。 紫外線火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度高，相應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)明火特別敏感，能對(duì)火災(zāi)立 即作出反應(yīng)。但是紫外傳感器檢測(cè)的范圍太大，不適用于本系統(tǒng)。 方案 4：用 CCD 圖像傳感器。用 CCD 圖像傳感器可以檢測(cè)各種被檢測(cè)量，適用于各種量的檢測(cè)。但是用 CCD 圖像傳感器需要處理的信號(hào)量太大，且體積較大，不使用與本系統(tǒng)。 方案 5：用遠(yuǎn)紅外傳感器。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)距離遠(yuǎn)，線性度好，檢測(cè)準(zhǔn)確，且體積較小。很適用于本題目的要求。 因此我們選擇了方案 5。 在火焰?zhèn)鞲衅髂K的設(shè)計(jì)中，我們?cè)谲圀w的前頭的兩側(cè)離地大約 15 20cm（相當(dāng)于火焰高度）處安裝遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳎颐恳粋?cè)裝有兩個(gè)。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯?檢測(cè)距離很遠(yuǎn)，為了避免錯(cuò)誤檢測(cè)遠(yuǎn)處火焰的情況的出現(xiàn)，我們把每一側(cè)的較低的傳感器用黑色塑料紙包住。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這樣處理過的火焰?zhèn)鞲衅髦荒軝z測(cè)到一個(gè)方格距離的火焰，而對(duì)遠(yuǎn)距離的火焰沒有反應(yīng)。 我們把用黑塑料包住的傳感器稱為“近視”傳感器，把沒有處理過的稱為“遠(yuǎn)視”傳感器?！敖暋眰鞲衅骱汀斑h(yuǎn)視”傳感器配合交替使用，可以更好的完成計(jì)劃任務(wù)。 1.2.6 避障模塊 方案 1：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收。然后將這信號(hào)放大后 送入單片機(jī)。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。但是超聲波傳感器需要 40KHz 的方波信號(hào)來工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高，偏差在 1內(nèi)，所以用模擬電路來做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。而用單片機(jī)來作方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。 因此我們考慮其他的方案。 方案 2：用紅外光電開關(guān)進(jìn)行避障。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。光電開 關(guān) E3F-DS10C4 操作簡(jiǎn)單，使用方便。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案 2。 10 1.2.7 測(cè)速計(jì)程模塊 方案 1：用霍耳傳感器進(jìn)行測(cè)速。當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體出于與電流相垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，在其兩端將產(chǎn)生電位差。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)?；舳絺鞲衅骼玫木褪腔舳?yīng)。 如果在車輪的內(nèi)側(cè)裝上一條細(xì)磁鐵，把霍耳傳感器同樣裝在車輪的內(nèi)側(cè)，測(cè)量火焰?zhèn)鞲衅鞯妮敵鼍涂梢灾儡囕嗈D(zhuǎn)過的圈數(shù)。 霍耳 傳感器是非接觸式測(cè)量，而且對(duì)灰塵、濕度、振動(dòng)等環(huán)境條件不敏感。特性也不隨時(shí)間而變化。 雖然霍耳傳感器具有眾多優(yōu)點(diǎn)。但是由于我們的電動(dòng)車較小，比較細(xì)小的磁鐵不易尋找。因此我們嘗試著尋找其它的方案。 方案 2：用 RPR220 型光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速。在車輪的內(nèi)側(cè)貼上一個(gè)光電碼盤，用光電對(duì)管對(duì)碼盤進(jìn)行檢測(cè)。光電對(duì)管照射到黑色和白色的邊界時(shí)輸出信號(hào)會(huì)有跳變。將跳變的輸出信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)就可以得到輪子的轉(zhuǎn)速。 由于我們電動(dòng)車的尋跡都是用的 RPR220 型光電對(duì)管，所以用該型號(hào)光電對(duì)管進(jìn)行測(cè)速時(shí)可以使用同樣的調(diào)理電路。從使 用的方便和靈活性考慮，我們選擇了方案 2。 1.2.8 電機(jī)模塊 本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車，對(duì)于電動(dòng)車來說，其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本題要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，我們綜合考慮了一下兩種方案。 方案 1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。 方案 2： 采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 我們所選用的直流電機(jī)減速比為 1： 74，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/min。我們的車輪直徑為 6cm，因此我們的小車的最大速度可以達(dá)到 V=2rv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s 能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。 1.2.9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案 1：采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 L298N 是一個(gè)具有高電壓大電 流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。 方案 2：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。 因此我們選用了方案 1。 11 1.2.10 車載語(yǔ)音模塊和控制臺(tái)語(yǔ)音模塊 方案 1：選擇專門的語(yǔ)音存儲(chǔ)芯片 ISD1420，通過單片機(jī)進(jìn)行錄放音的控制。用這種方法雖然比較簡(jiǎn)介方便，但是在地址模式所占 IO 口較多 ,在操作模式下進(jìn)行隨機(jī) 播放又需快進(jìn) ,較適合于順序播放。且存儲(chǔ)空間較小，只能存儲(chǔ)總計(jì) 20s 的語(yǔ)音，無法進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別。為了能更好的使用語(yǔ)音播放和語(yǔ)音辨識(shí)，我們放棄了此方案。 方案 2：選擇 DSP 進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別， DSP 具有很強(qiáng)的信息處理能力，能夠進(jìn)行語(yǔ)音的存儲(chǔ)錄放和語(yǔ)音的辨識(shí)，但是考慮到系統(tǒng)的成本和使用的靈活和方便，我們放棄了此方案。 方案 3：使用凌陽(yáng)精簡(jiǎn)板開發(fā)板 61B 板，該精簡(jiǎn)開發(fā)板體積小，使用方便，且具有凌陽(yáng)系列的很強(qiáng)的語(yǔ)音處理功能，且具有語(yǔ)音播報(bào)和辨識(shí)的模塊。凌陽(yáng) 61 單片機(jī)是 16 位單片機(jī)，具有 DSP 功能，有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí) 鐘頻率可達(dá) 49MHz，具有運(yùn)算速度高等優(yōu)勢(shì)。這些都為語(yǔ)音處理和辨識(shí)準(zhǔn)備了很好的條件。 因此我們選用了方案 3。 1.2.11 無線收發(fā)模塊 無線數(shù)據(jù)傳輸被廣泛應(yīng)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)通信、機(jī)器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像的傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。 方案 1：用 DF 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。 DF 無線發(fā)射模塊通訊方式為調(diào)頻 AM，工作頻率為315MHz，為 ISM 頻段，發(fā)射頻率 0 0 判斷 判斷 右 輪 一級(jí)加速 右 輪 二級(jí)加速 左 輪 一級(jí)加速 左 輪 二級(jí)加速 0 32 4.2.1 基本功能測(cè)試 （ 1）在場(chǎng)地上沒有放置蠟燭，小車從啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)。走到第一列后豎直到底，然后返回場(chǎng)地中間的橫向白 線處，按照橫向白線走到場(chǎng)地的盡頭后轉(zhuǎn)彎 180 度，返回啟動(dòng)區(qū)。所用時(shí)間總計(jì) 28.666 秒。返回啟動(dòng)區(qū)后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的液晶屏顯示并同時(shí)語(yǔ)音播報(bào)：沒有發(fā)現(xiàn)火源。小車路線示意圖如圖 26 所示： 圖 26 小車路線示意圖（測(cè)試 1） 啟動(dòng)區(qū) 33 （ 2）在場(chǎng)地中隨機(jī)放置一根蠟燭。 小車從啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)后能夠找到蠟燭，此時(shí)，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)的液晶屏顯示并語(yǔ)音報(bào)警：找到火源 1。小車語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源 1。小車按照預(yù)定路線將蠟燭熄滅后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)液晶屏顯示并語(yǔ)音播報(bào)：已熄滅火源。小車語(yǔ)音播報(bào)： 熄滅火源 1。完成此過程所用時(shí)間為 37.514秒。 小車完成此過程的示意圖如圖 27 所示： 圖 27 小車路線示意圖（測(cè)試 2） 啟動(dòng)區(qū) 滅火 34 （ 3）在場(chǎng)地中隨機(jī)放置兩根蠟燭，小車能夠依次找到蠟燭并將火焰熄滅。 找到第一根蠟燭時(shí)，遠(yuǎn)程液晶顯示并語(yǔ)音報(bào)警：找到火源 1。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源 1。將第一根蠟燭熄滅后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)能夠顯示并語(yǔ)音播報(bào)：已熄滅火源 1。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源 1。完成這些動(dòng)作所用時(shí)間為 34.953 秒。 找到第二根蠟燭時(shí)，遠(yuǎn)程液晶顯示并語(yǔ)音報(bào)警 ：找到火源 2。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：發(fā)現(xiàn)火源 2。將第二根蠟燭熄滅后，遠(yuǎn)程顯示臺(tái)嫩構(gòu)顯示并語(yǔ)音播報(bào)：已熄滅火源 2。同時(shí)小車語(yǔ)音播報(bào)：熄滅火源 2。完成這些動(dòng)作所用時(shí)間為 75.764 秒。 小車完成此過程的路線示意圖如圖 28 所示： 圖 28 小車路線示意圖（測(cè)試 3） 啟動(dòng)區(qū) 滅火 滅火 35 4.2.2 發(fā)揮功能及其他功能測(cè)試 我們?cè)趫?chǎng)地上隨即放置兩個(gè)蠟燭，蠟燭擺放位置及場(chǎng)地示意圖如圖 29 所示： 圖 29 小車發(fā)揮功能及其它功能 測(cè)試 測(cè)試步驟如下： （ 1）遠(yuǎn)程復(fù)位啟動(dòng)電動(dòng)車。將車放置在啟動(dòng)區(qū)內(nèi)，在遠(yuǎn)程控制臺(tái)按下啟動(dòng)按鈕，小車從啟動(dòng)區(qū)正常啟動(dòng)