电动消防车论文

2013全国大学生电子设计竞赛论文题目:电动消防车论文编号：参赛学校：青岛工学院参赛学生：联系方式指导教师：二○一三年八月电动消防车摘要：本设计采用TI公司生产的LM3S1138单片机为智能消防车的控制核心,配合TCRT5000的红外循迹模块、L298N电机驱动模块、火焰传感器、警示电路模块、电源模块、避障模块六部分。单片机通过调节PWM的占空比来差速控制小车前进与转弯；警示电路模块采用三极管驱动无源蜂鸣器；前进过程中，红外对管为消防车采集路面信息；火焰传感器为消防车采集火源信号；最终模块采集的信息反馈给单片机，单片机通过控制电机驱动模块，执行避障与灭火的要求。经测试，基本要求全部达到，发挥部分也全部实现。为了实时显示运行总时间与运行状态额外增加了液晶显示与无线通信两个创新功能。关键词：LM3S1138单片机；智能消防车；灭火1摘要：..........................................................................................................................0关键词..........................................................................................................................01系统方案...................................................................................................................11.1总体方案与系统框图..........................................................................................11.2方案论证与设计..................................................................................................11.2.1控制模块的选择.......................................................................................................................11.2.2电机模块...................................................................................................................................11.2.3红外寻迹模块...........................................................................................................................21.2.4检测火源模块...........................................................................................................................22原理分析与硬件电路图...........................................................................................22.1控制原理与计算..................................................................................................22.1.1电机速度控制。.......................................................................................................................22.1.2消防车工作原理.......................................................................................................................32.2硬件电路图..........................................................................................................32.2.1电机驱动模块...........................................................................................................................32.2.2检测火源模块...........................................................................................................................42.2.3寻迹模块设计...........................................................................................................................53软件设计与流程.......................................................................................................53.1程序的功能与设计思路......................................................................................53.2程序流程图..........................................................................................................54系统测试与分析.......................................................................................................64.1测试仪器及设备..................................................................................................64.2测试方案..............................................................................................................64.3测试结果及分析..................................................................................................75总结.........................................................................................................................7附录…………………………………………………………………………………...811系统方案1.1总体方案与系统框图TCRT5000红外光电传感器通过寻迹采集到信息反馈给单片机，单片机通过驱动控制电机的正反转，完成小车的转弯、运行和避障，由火焰传感器检测火源，传信号给并由单片机处理，最终由电机带动风扇，把火源熄灭。系统由电源模块、电机驱动模块、红外循迹模块、检测火源模块、避障模块和警示模块组成。各模块组成的总体框图如图1所示红外循迹模块电机驱动模块声音模块检测火源模块避障模块灭火模块控制模块图1系统图框1.2方案论证与设计1.2.1控制模块的选择方案1：采用AT89C52单片机，该单片机优点是价格低廉、使用方便，但其本身功能较少，接口也不能满足需要个数，因此需要增加较多的外围电路来实现其功能，且功耗大、处理速度慢。方案2：采用TI公司生产的LM3S1138单片机为控制核心。该单片机内设资源和外置资源非常丰富、速度快、成本低、功耗小，可处理相对较多的外部中断，同时可以利用PWM模块产生的PWM调制信号来控制电机。综合考虑，LM3S1138丰富的内置和外设资源，更有利于任务的实现，因此选择方案2。1.2.2电机模块方案1：步进电机。步进电机没有电刷，是一种将电脉冲信号转换成角位移的精密执行原件，可实现物体的精确定位和方向的控制。一般步进电机的精度为步进角的3%-5%，且不累积；其缺点为控制复杂，转速低，步进距离不够精细。2方案2：直流电机。扭矩大、体积小、重量轻。直流电机运转平稳、效率高、价格相对低廉，比步进电机节能。但是直流电机换向困难，寿命短。综合考虑到直流电机节能、运行平稳、效率高和扭矩大等特点。因此选用方案2。1.2.3红外寻迹模块方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。方案2：用TCRT5000红外对管进行循迹。红外发射及接收电路实现简单，检测精度高，反应速度快，但探测范围较窄，因此比较适合近距离的寻迹。另外红外对管可以大大降低环境光源的干扰。综合考虑，由于本系统只需进行近距离寻迹，且红外对管反应速度快，因此选择方案2。1.2.4检测火源模块方案1：用紫外传感器检测火焰。紫外火焰传感器主要应用于火灾消防系统，用来监测火焰的产生。紫外线火焰传感器的灵敏度高，相应速度快，对明火特别敏感。但是紫外传感器检测的范围太大，不适用于本系统。方案2：用火焰传感器实现探测火焰，远红外火焰传感器检测距离远，线性度好，检测准确，且体积比较小巧，并且可以检测火焰或者波长在760纳米~1100纳米范围内的光源，探测角度为60度左右，对火焰光谱特别灵敏，灵敏度可调节，性能稳定，工作电压为5伏，数字量模拟量双输出。综合考虑到火焰传感器检测准确，体积小，灵敏度高且检测范围可调。因此选择方案2。2原理分析与硬件电路图在小车运行过程中，红外对管检测小车是否偏离道路；L298N为小车提供稳定电压；火焰传感器检测火源位置；超声波传感器检测障碍物，这些信息由单片机处理，经执行模块执行，最终完成灭火、避障和回库的任务。2.1控制原理与计算2.1.1电机速度控制通过调节PWM的占空比来实现电机的转速调节，对应的电机电压波形如图2所示：3图2PWM调速原理图此时加在电机两端的平均电压为：0/(1)*UThThTVCC通过调节PWM波的占空比，改变电机两端的平均电压0U的大小，实现直流电机的调速。2.1.2消防车工作原理启动消防车，小车在左侧红外对管的引导下沿直线行驶，当前侧红外对管检测到第三条黑线时，消防车自行90度转弯，向前行驶到如图区域停