智能滅火小車 大學生科研立項申請報告

1、申請類別：a、b、c、d、e項目編號： （此處不填）哈爾濱工程大學2012年第二批大學生科研立項申請書項目名稱： 智能滅火小車 申報院系： 水聲工程學院 申報者姓名： 秦祥照 1申報者應在認真閱讀此說明各項內容后按要求詳細填寫。2申請類別請用標出，項目編號由校學生科協(xié)填寫。3普通型申請書須按要求由各院系統(tǒng)一報送，只需交電子版。4普通型立項必須撰寫研究論文，論文要求與大學生科創(chuàng)學刊要求相同。 5所有申請書必須按規(guī)定時間報送，相關要求見“啟航網”通知。共青團哈爾濱工程大學委員會二一二年制申報者情況負責人情況姓 名秦祥照性別男年齡21學號2011053218身份證號23022719900906113

2、9公寓寢室12公寓132寢聯(lián)系方子郵箱361000726從事科技創(chuàng)新經歷（包括獲獎）省級電子大賽二等獎主要成員情況姓 名性別學號身份證號聯(lián)系方式負責工作曹策男201105320123010419930618311618746063667硬件李玥男201105321323060419930131441件秦祥照 男201105321823022719900906113918657197552編寫程序項目情況項目名稱智能滅火小車指導教師蘇龍濱依托院系/實驗室水聲創(chuàng)新實驗室教師基本情況介紹 副指導教師（在校研究生）副指導教師學號項目目的和意義目的：該

3、小車能自動尋找火源，熄滅火源，自動返回車庫意義：適用于生活中對危險火源的熄滅，在生活中有很大的實用價值。項目主要實施的內容（包含理論依據(jù)、主要流程）整體思路根據(jù)智能滅火小車功能所需，將智能滅火小車分為以下模塊：檢偏模塊、電機驅動模塊、電源模塊、傳感器模塊、控制模塊及滅火模塊。1.電源模塊小車以12v蓄電池作為電源，用7805將12v電壓降至5v供其他模塊使用。2.檢偏模塊小車采用反射型光電探測器rpr220作為主要的檢偏傳感器。rpr220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，接收器是一個高靈敏度硅平面光電三極管。主要應用在游戲機、復印機及辦公自動化等設備之中。rp

4、r220特點：(1)體積小結構緊湊。(2)使用塑料透鏡以提高靈敏度。(3)內置可見光過濾器以減小離散光的影響。放大器采用lm324芯片對rpr220的信號進行處理。lm324內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)倪\算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。lm324與rpr220連接的電路圖如下：一片lm324提供4組獨立的放大器，本次小車使用了其中的三組。3.傳感器模塊智能滅火小車采用火焰?zhèn)鞲衅髋c光電開關相結合的方法來探測火源。

5、只有光電開關與火焰?zhèn)鞲衅魍瑫r發(fā)現(xiàn)目標，小車才進行滅火動作。即：小車遍歷全場的過程中，若傳感器模塊發(fā)現(xiàn)火源，則實施滅火動作。4.控制模塊智能滅火小車以stc89c52單片機為核心進行整車的控制。stc89c52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時器，內置4kb eeprom，max810復位電路，三個16 位 定時器/計

6、數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口。5.電機驅動模塊智能滅火小車采用l298n作為電機驅動芯片。l298n是一種高電壓，大電流電機驅動芯片，可同時驅動2個直流電機或單獨驅動一個步進電機；l298n具有2個使能控制端，在不受信號源影響的情況下，可控制電機是否運轉。智能滅火小車使用步進電機提供動力，故使用2個l298n驅動模塊。6.滅火模塊智能滅火小車使用12v直流風扇執(zhí)行滅火動作。其電源由蓄電池提供，風扇由l298n及單片機一同控制。7.軟件設計(1)小車功能實現(xiàn)的框圖如下：(2)小車功能實現(xiàn)的詳細過程：小車接通電源發(fā)出出庫提示音，電機開始工作，此時小車遍歷全場，進行全局搜索；搜索過程中

7、，檢偏模塊間歇工作，若發(fā)現(xiàn)小車偏離預期軌道（即車頭與場地的黑線不水平），則令2個步進電機執(zhí)行差速旋轉的動作，直至小車回到預期軌道（即車頭與場地的黑線水平）。在小車進行全局搜索的過程中，若傳感器發(fā)現(xiàn)火源，則暫停全局搜索，進入滅火階段；此時進行判斷：若小車正前方發(fā)現(xiàn)火源，則立即發(fā)出發(fā)現(xiàn)火源提示音并令風扇轉動，撲滅火源，發(fā)出火滅提示音，然后繼續(xù)進行全局搜索；若小車兩側發(fā)現(xiàn)火源，則先發(fā)出發(fā)現(xiàn)火源提示音，然后執(zhí)行步進電機差速旋轉，待火源處于小車正前方后，進行滅火，發(fā)出火滅提示音并將小車方向調成發(fā)現(xiàn)火源之前的位置，之后繼續(xù)進行全局搜索。當小車遍歷全場后，小車會返回車庫并發(fā)出回庫提示音。此時滅火任務完成。項

8、目實施時間進度10月1日-10月31日:購買所需元器件，做好硬件部分11月1日-11月30日：編寫對應程序12月1日-12月31日：準備論文，組織材料項目結題指標（作品性能介紹、論文及專利等）結題指標：基于51單片機，利用c語言，實現(xiàn)尋找火源，滅火，自動返庫的功能論文：題目要求設計制作一個電動消防車，以蠟燭模擬火源，能到消防場地任意地點進行滅火作業(yè)。本智能滅火小車由檢偏模塊、電機驅動模塊、電源模塊、傳感器模塊、控制模塊及滅火模塊組成。本設計采用stc89c52作為小車的控制核心，實現(xiàn)對各個模塊的通信與控制。電機驅動部分采用l298n作為電機的驅動芯片。滅火由風扇完成。該小車具有按指定線路巡邏，

9、發(fā)現(xiàn)火源并滅火的功能?；诜€(wěn)定的硬件電路以及精確可靠地軟件算法，小車預期功能得以實現(xiàn)。關鍵字：智能，滅火。一設計任務障礙物黑色線條蠟燭車庫出口180cm120cm30cm30cm車庫車庫 設計制作一個電動消防車，能到消防場地任意地點進行滅火作業(yè)。以蠟燭模擬火源，火源隨機分布在場地中，消防場地如圖1所示。 1. 基本要求（1）在場地中隨機放置一只蠟燭。消防車從車庫啟動，計時開始，消防車同時發(fā)出出庫聲音提示。消防車從車庫出口駛出車庫，自動行走到距離火源10cm以內區(qū)域，發(fā)出火警聲音提示，停車3秒鐘。（2）消防車執(zhí)行滅火工作，滅火完畢后，發(fā)出火滅聲音提示。（3）消防車經由車庫出口自動返回到車庫，停穩(wěn)

10、后，發(fā)出返庫聲音提示，計時結束。（4）上述過程用時盡可能少。2. 發(fā)揮部分（1）在場地中隨機放置三只蠟燭。消防車從車庫啟動，計時開始，消防車同時發(fā)出出庫聲音提示。消防車從車庫出口駛出車庫。（2）消防車能夠找到一個火源，并自動行走到距離火源10cm以內區(qū)域，發(fā)出火警聲音提示，停車3秒鐘。然后消防車執(zhí)行滅火工作，滅火完畢后，發(fā)出火滅聲音提示。（3）再尋找下一個火源，重復過程（2），直到三個火源都被撲滅。（4）撲滅三個火源后，消防車經由車庫出口自動返回到車庫，停穩(wěn)后，發(fā)出返庫聲音提示，計時結束。（5）上述過程用時盡可能少。（6）其他。二.方案論證1.購買玩具小車進行改裝采用玩具車改裝，加入自己設計的

11、控制模塊及滅火模塊即可。此方案的優(yōu)勢是不用自己設計小車主體框架，且小車自身布局已十分完善，可以較好地完成任務。但是，市場上的玩具小車形態(tài)各異，質量參差不齊。選購質量較好的小車所需資金偏高；選購質量稍差的小車容易在改裝、調試時損壞。2.自己設計小車主體框架自己設計并制作小車主體結構的優(yōu)點是可以按照預期設計方案隨意布局各個模塊?？梢源_保硬件電路的全面協(xié)調，以及合理地安排各個傳感器的位置。此方案成本低廉，不過費時費力，作品難免粗糙、難看。綜合各方面因素，我們選擇自己設計并制作小車的主體結構三.分析與計算整體思路根據(jù)智能滅火小車功能所需，將智能滅火小車分為以下模塊：檢偏模塊、電機驅動模塊、電源模塊、傳

12、感器模塊、控制模塊及滅火模塊。1.電源模塊小車以12v蓄電池作為電源，用7805將12v電壓降至5v供其他模塊使用。2.檢偏模塊小車采用反射型光電探測器rpr220作為主要的檢偏傳感器。rpr220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，接收器是一個高靈敏度硅平面光電三極管。主要應用在游戲機、復印機及辦公自動化等設備之中。rpr220特點：(1)體積小結構緊湊。(2)使用塑料透鏡以提高靈敏度。(3)內置可見光過濾器以減小離散光的影響。放大器采用lm324芯片對rpr220的信號進行處理。lm324內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)倪\算放大器，適合于電源電壓范

13、圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。lm324與rpr220連接的電路圖如下：一片lm324提供4組獨立的放大器，本次小車使用了其中的三組。3.傳感器模塊智能滅火小車采用火焰?zhèn)鞲衅髋c光電開關相結合的方法來探測火源。只有光電開關與火焰?zhèn)鞲衅魍瑫r發(fā)現(xiàn)目標，小車才進行滅火動作。即：小車遍歷全場的過程中，若傳感器模塊發(fā)現(xiàn)火源，則實施滅火動作。4.控制模塊智能滅火小車以stc89c52單片機為核心進行整車的控制。stc89c52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制

14、器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時器，內置4kb eeprom，max810復位電路，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口。5.電機驅動模塊智能滅火小車采用l298n作為電機驅動芯片。l298n是一種高電壓，大電流電機驅動芯片，可同時驅動2個直流電機或單獨驅動一個步進電機；l298n具有2個使能控制端，在不受信號源影響的情況

15、下，可控制電機是否運轉。智能滅火小車使用步進電機提供動力，故使用2個l298n驅動模塊。6.滅火模塊智能滅火小車使用12v直流風扇執(zhí)行滅火動作。其電源由蓄電池提供，風扇由l298n及單片機一同控制。7.軟件設計(1)小車功能實現(xiàn)的框圖如下：(2)小車功能實現(xiàn)的詳細過程：小車接通電源發(fā)出出庫提示音，電機開始工作，此時小車遍歷全場，進行全局搜索；搜索過程中，檢偏模塊間歇工作，若發(fā)現(xiàn)小車偏離預期軌道（即車頭與場地的黑線不水平），則令2個步進電機執(zhí)行差速旋轉的動作，直至小車回到預期軌道（即車頭與場地的黑線水平）。在小車進行全局搜索的過程中，若傳感器發(fā)現(xiàn)火源，則暫停全局搜索，進入滅火階段；此時進行判斷：

16、若小車正前方發(fā)現(xiàn)火源，則立即發(fā)出發(fā)現(xiàn)火源提示音并令風扇轉動，撲滅火源，發(fā)出火滅提示音，然后繼續(xù)進行全局搜索；若小車兩側發(fā)現(xiàn)火源，則先發(fā)出發(fā)現(xiàn)火源提示音，然后執(zhí)行步進電機差速旋轉，待火源處于小車正前方后，進行滅火，發(fā)出火滅提示音并將小車方向調成發(fā)現(xiàn)火源之前的位置，之后繼續(xù)進行全局搜索。當小車遍歷全場后，小車會返回車庫并發(fā)出回庫提示音。此時滅火任務完成。四.測試測試方法：分模塊測試。1.電源模塊(1)用電壓表測量充滿電的蓄電池，檢查其電壓是否正常。(2)用電壓表測量12v輸出端和5v輸出端電壓是否正常。測試結果：(1)滿電蓄電池電壓在13v左右，屬正常電壓。(2)12v，5v輸出端電壓分別為11.

17、7v，4.9v，屬正常電壓。2.控制模塊(1)檢測20腳與40腳之間的電壓。(2)燒錄流水燈程序，觀察各io口工作情況。測試結果：(1)電壓維持在4.8v左右。(2)程序正常工作。3.檢偏模塊在淺色桌子上貼一條黑色膠帶，將小車放置在桌子上以各種角度經過黑色膠帶，觀察小車是否能自動矯正至車頭與膠帶水平并順利通過。測試結果：達到預期效果。4.電機驅動模塊斷開除檢偏模塊、電源模塊以外的所有模塊，令小車執(zhí)行遍歷全場的動作。觀察其是否能完成搜索任務，是否能準確返回車庫。測試結果：達到預期效果。5.傳感器模塊及滅火模塊斷開檢偏模塊與單片機的連接，讓小車直線行走，并在其周圍各個位置放置蠟燭，觀察其是否能完成

18、滅火動作。測試結果：達到預期效果。五.結論、心得與體會智能滅火小車能夠完成預期任務。此次比賽極大地提高了小組內各成員在電子設計方面的諸項技能，讓各成員了解并掌握了有關數(shù)字電路、模擬電路、pcb設計、程序設計、單片機、傳感器等知識的梗概。同時此次大賽還培養(yǎng)了各成員的動手實踐的能力，以及小組成員間深厚的友誼。 參考文獻：【1】郭天祥. 新概念51單片機c語言教程. 北京:電子工業(yè)出版社, 2011【2】求是科技. 8051系列單片機c程序設計完全手冊. 北京:人民郵電出版社, 2006【3】高海賓. altium designer 10從入門到精通. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2012附件1.元器

19、件表名稱數(shù)量名稱數(shù)量車底盤x1電阻若干步進電機x2電容若干風扇x1撥動開關x1蓄電池x2三極管若干單片機x1lm324x1l298nx3排針若干火焰?zhèn)鞲衅鱴4排線若干光電對管x3螺母若干光敏二極管x2串口x1紅外開關x2max232x174hc32x2銅柱若干7805.00 x1晶振x1排阻若干2.電路圖(1)電源模塊(2)檢偏模塊(3)控制模塊(4)電機驅動模塊3.源程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit en1=p10; /定義四個使能端sbit en2=p11;sbit en3=p12;sbi

20、t en4=p13;sbit m=p14; /定義風扇使能端sbit hongwai=p15;sbit led1 = p16; /后側紅外sbit led2 = p22; /右側紅外sbit led3 = p23; /左側紅外sbit led5=p24; /定義三個火焰?zhèn)鞲衅鱯bit led6=p25;sbit led7=p26;sbit beep=p27; /定義蜂鳴器static uchar num=0,num=0;uchar map46=00,01,02,03,04,05,10,11,12,13,14,15,20,21,22,23,24,25,30,31,32,33,34,35;ucha

21、r mypoint;uchar controll=0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9; /左側電機前轉uchar controlr=0x8f,0xcf,0x4f,0x6f,0x2f,0x3f,0x1f,0x9f; /右側電機前轉uchar controll1=0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8; /左側電機后轉uchar controlr1=0x9f,0x1f,0x3f,0x2f,0x6f,0x4f,0xcf,0x8f; /右側電機后轉uchar controll2=0xf0,0xf0,0xf0,0xf0,

22、0xf0,0xf0,0xf0,0xf0; /左側電機停uchar controlr2=0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f; /右側電機停char x2;char a2;uchar scancounter;char total_left, total_right;const uchar speed = 3;uchar scancounter;void delay1(unsigned int x) /延遲函數(shù) char y=110; while(x-) while(y-);void delay(unsigned int x) /延遲函數(shù) char y=1

23、10;if( scancounter 250)scancounter += 1; while(x-) while(y-);void forward(uchar m) /小車前進 uchar n; for(n=0;n8;n+) p0=controlln&controlrn; delay(m); void left_forward(uchar m) /小車差速左轉 uchar n;for(n=0;n8;n+) p0=controll1n&controlrn; delay(m); void right_forward(uchar m) /小車差動右轉 uchar n;for(n=0;n8;n+) p

24、0=controlln&controlr1n; delay(m); void back_forward(uchar m) /小車后退 uchar n; for(n=0;n 5| total_left5 ) forward(speed); break; if( (led2=1)&(led3=0) ) right_forward(speed); total_right = total_right + 1; else if(led2=0)&(led3=1) left_forward(speed); total_left = total_left + 1; else forward(speed); f

25、orward(speed); break; if( (led2=1)&(led3=1) )scancounter = 0; void main() /主函數(shù) uchar flag1=0,flag2=0,flag3=1; uchar counter=0; uchar counter1=0; uchar a; uchar x; uchar y; uchar k=7; uchar l=15; x=0; y=0; scancounter = 0; total_left = 0; total_right = 0; m=0; louder1( ); while(1) forward(speed); /前進

26、 / if(led2=1)&(led3=1) / total_right = 0; total_left = 0; / if(led1=1)&(flag3=1) /記錄小車格數(shù) flag3=0; flag1=1; flag2=0; delay(1); if(flag1=1) if(flag2=0) /確保小車在黑線上 if(led1=1)/在黑線上 flag2=1; /代表已在黑線上 else flag1=0; flag3=1; if(flag2=1) if(led1=0) /有所led均已離開黑線 counter=counter+1; /計數(shù)器加一 flag1=0; flag3=1; swi

27、tch (counter) /定位自己的坐標 case 1: x=x+1,y=y; break; case 2: x=x+1,y=y; break; case 3: x=x+1,y=y; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_left(speed); break; case 4: y=y+1,x=x; break; case 5: y=y+1,x=x; break; case 6: y=y+1,x=x; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_left(speed); break; case 7:x=x-1,y=y; bre

28、ak; case 8:x=x-1,y=y; break; case 9: x=x-1,y=y; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_total(speed); case 10:x=x+1,y=y; break; case 11:x=x+1,y=y; break; case 12: x=x+1,y=y; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_left(speed); break; case 13: x=x,y=y+1; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_left(speed); br

29、eak; case 14:x=x-1,y=y; break; case 15:x=x-1,y=y; break; case 16: x=x-1,y=y; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_total(speed); case 17:x=x+1,y=y; break; case 18:x=x+1,y=y; break; case 19: x=x+1,y=y; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_left(speed); break; case 20: x=x,y=y+1; for(a=40;a0;a-) forward

30、(speed); turn_left(speed); break; case 21: x=x-1,y=y; break; case 22: x=x-1,y=y;break; case 23: x=x-1,y=y; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_total(speed); case 24:x=x+1,y=y; break; case 25:x=x+1,y=y; break; case 26: x=x+1,y=y; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_right(speed); break; case 27: x=x,y=y-1; break; case 28: x=x,y=y-1; break; case 29: x=x,y=y-1; break; case 30: x=x,y=y-1; break; case 31: x=x,y=y-1; for(a=40;a0;a-) forward(speed); turn_right(speed); break; case 32:x=x-1,y=y; break; case 33:x=x-1,y=y;break; case 34:x=x-1,y=y; break; i