《基于單片機(jī)的智能安防小車設(shè)計(jì)》13000字（論文）

PAGEI基于單片機(jī)的智能安防小車設(shè)計(jì)摘要這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一款自主研發(fā)的智能安防小車。智能小車系統(tǒng)主要包括自主巡邏、防火、防盜、防煤氣泄漏四大模塊。智能安防小車的工作流程就是小車在一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行自主巡邏，假如小車檢測(cè)到了有人，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警；如果小車檢測(cè)到火情，也會(huì)觸發(fā)報(bào)警器；檢測(cè)到空氣中煤氣的濃度達(dá)到一定程度時(shí)也會(huì)報(bào)警來(lái)提醒主人，以此來(lái)保證安全。小車基于STC89C52單片機(jī)。在自主巡邏時(shí)，可通過(guò)紅外或者超聲波進(jìn)行避障；通過(guò)溫度傳感器以及煙霧傳感器進(jìn)行火情的檢測(cè)；通過(guò)MQ-5傳感器來(lái)檢測(cè)空氣中天然氣的濃度來(lái)防止煤氣泄漏。該小車功能齊全，體型小，在外來(lái)市場(chǎng)上會(huì)占據(jù)一席之地。關(guān)鍵詞：自主巡邏；防火；防盜；防煤氣泄漏目錄TOC\o"1-2"\h\u30685目錄 I124781緒論 13191.1智能安防小車研究的意義 1211881.2安防與人工智能 1142832設(shè)計(jì)任務(wù)及方案 6214772.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 6220712.2本設(shè)計(jì)方案思路 6252983硬件設(shè)計(jì) 9317373.1系統(tǒng)工作原理及功能簡(jiǎn)介 9180603.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 10276263.3紅外避障模塊 12222653.4防火模塊 1312843.5防煤氣泄露模塊 15274383.6防盜模塊 16281563.7報(bào)警模塊 16294694軟件設(shè)計(jì) 17293874.1總體方案 17244454.2自主巡邏流程 18193004.3防火模塊流程 19210324.4防煤氣泄露模塊流程 19320354.5防盜模塊流程 2087775制作與調(diào)試 21216985.1硬件電路的組裝 21233065.2軟件程序的編寫(xiě) 2194215.3調(diào)試 21206436結(jié)論 221790參考文獻(xiàn) 24 -PAGE1-1緒論1.1智能安防小車研究的意義當(dāng)今社會(huì)，安防逐漸成為一個(gè)非常重要的問(wèn)題，各種場(chǎng)合都需要安防。商場(chǎng)需要安防，家庭需要安防，倉(cāng)庫(kù)需要安防等等。比如商場(chǎng)，倉(cāng)庫(kù)這些地方，晚上如果沒(méi)有安防人員在，可能就會(huì)面臨盜竊、失火等問(wèn)題。再者，家里要是沒(méi)人，也會(huì)遇到小偷，失火，煤氣泄露的隱患。但是如果要一天二十四小時(shí)安排人員進(jìn)行安防，就過(guò)于耗費(fèi)人力。因此，設(shè)計(jì)出一款能代替安防人員進(jìn)行安防活動(dòng)的小車就顯得比較重要了。本課題將設(shè)計(jì)一種智能安防小車，具有自主巡邏、防火、防盜、防煤氣泄露的功能?？蓱?yīng)用于商場(chǎng)、飯店、倉(cāng)庫(kù)、家庭等等。小車可以自己在商場(chǎng)內(nèi)巡邏，檢測(cè)到有人出現(xiàn)后會(huì)發(fā)出警報(bào)，當(dāng)檢測(cè)到火情時(shí)，能第一時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送火災(zāi)情報(bào)，可以大大減少不必要的損失；當(dāng)家里只有老人在的時(shí)候，煤氣泄露可能會(huì)導(dǎo)致老人在屋子內(nèi)暈厥，如果不能得到及時(shí)治療，甚至?xí){到生命安全，這時(shí)候如果有智能安防小車，它就可以遠(yuǎn)程發(fā)送煤氣泄漏的警報(bào)，可以讓家人第一時(shí)間知道房子內(nèi)的情況，可以及時(shí)挽救老人的生命。尤其是現(xiàn)在的年輕人更多的是白天在外上班，老人在家?guī)Ш⒆樱悦簹庑孤妒且粋€(gè)不可忽視的問(wèn)題，有了安防小車，能將這一隱患盡可能降到最低。所以我覺(jué)得安防小車設(shè)計(jì)出來(lái)是十分有意義的，也能在未來(lái)的智能安防市場(chǎng)上占據(jù)一席之地。1.2安防與人工智能近年來(lái)，人工智能以飛快的發(fā)展速度、猛烈的發(fā)展勢(shì)頭，受到國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者、研究人員的青睞，對(duì)人工智能的深入研究已然成為必然趨勢(shì)。為何人工智能在現(xiàn)代如此受大眾歡迎，不外乎以下這幾個(gè)原因：人工智能與人們社會(huì)生活的各個(gè)方面息息相關(guān)，加速了整個(gè)社會(huì)的發(fā)展，為各個(gè)生活水平的人群都帶來(lái)了不同程度的便利，使得社會(huì)生活更為多姿多彩，變復(fù)雜為簡(jiǎn)單，化低效為高效。基于人工智能的發(fā)展，有助于整個(gè)社會(huì)發(fā)展水平的提高，對(duì)于解決社會(huì)中存在的不平等問(wèn)題、處理全球氣候變化、消滅落后貧困的問(wèn)題是百利而無(wú)一害的，對(duì)人類應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況能力的提高也有著不可替代的積極作用，在處于倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展新理念的當(dāng)今世界，人工智能更是凸顯了其重要的推動(dòng)作用，因此，發(fā)展人工智能無(wú)疑是絕對(duì)的；另外，基于人工智能，可以發(fā)展出更為便利、更為人性化、能力更為突出的安防產(chǎn)品，例如本論文所研究的智能安防小車就是在人工智能的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。1.2.1用于設(shè)計(jì)智能安防小車的人工智能的發(fā)展背景和現(xiàn)狀人工智能的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：起步階段、專家推廣階段、深度學(xué)習(xí)階段。其中，第一階段大致在二十世紀(jì)五十年代到二十世紀(jì)八十年代，在此階段，技術(shù)上屢有突破，但實(shí)際應(yīng)用沒(méi)有獲得突破；第二階段在二十世紀(jì)八十年代到二十世紀(jì)末，在此階段出現(xiàn)了專家系統(tǒng)和代表性事件：DeepBlue（深藍(lán)）戰(zhàn)勝了世界國(guó)際象棋冠軍；第三階段在2000年至今，這個(gè)階段各種基于人工智能的產(chǎn)物已經(jīng)隨處可見(jiàn)。人工智能出現(xiàn)的具體時(shí)間已經(jīng)很難考證，大致在1940年左右，在當(dāng)時(shí)，圖靈研制出了人類歷史上首臺(tái)可操作計(jì)算機(jī)，這臺(tái)機(jī)器是為二戰(zhàn)時(shí)期的密碼破譯工作而生的，其工作能力如此強(qiáng)大以至于當(dāng)時(shí)的任何人都不能與其相提并論。大約在1956年，“人工智能”（ArtificialInteligent）才終于誕生，簡(jiǎn)稱為AI，在同一年里，美國(guó)的達(dá)特茅斯學(xué)院基于其AI項(xiàng)目開(kāi)展了研討會(huì)，此會(huì)議接連召開(kāi)了兩個(gè)月，是一次關(guān)于人工智能領(lǐng)域交流探討的大事件，自此，人工智能的發(fā)展有了較為溫和的環(huán)境。自此之后到二十世紀(jì)七十年代，人工智能飛速的發(fā)展并取得了不少突破，ELIZA程序就是其中一個(gè)典型案例。無(wú)可置疑，這個(gè)程序通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的“圖靈測(cè)試”，它的功能包括對(duì)人類語(yǔ)言的識(shí)別和應(yīng)答，具有和人類進(jìn)行語(yǔ)言交互的能力，這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)巨大的突破，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，這種突破往往能帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益，更好的經(jīng)濟(jì)效益又能引來(lái)資金的投入，人工智能正是在這種良性循環(huán)下迅速發(fā)展起來(lái)的。但，任何事物的發(fā)展都不是一帆風(fēng)順的，大概只過(guò)了三年左右，人工智能就因?yàn)槠渚薮蟮慕?jīng)濟(jì)費(fèi)用支出引發(fā)各國(guó)政府的強(qiáng)烈不滿，最終導(dǎo)致各國(guó)相繼停止對(duì)人工智能的研究的經(jīng)濟(jì)支持，人工智能進(jìn)入步履維艱的局面，就算幾年后人們開(kāi)始重新重視人工智能的發(fā)展轉(zhuǎn)而增加資金投入和政策支持也于事無(wú)補(bǔ)，此后幾年，人工智能領(lǐng)域的發(fā)展仍保持萎靡狀態(tài)，并沒(méi)有取得有效進(jìn)展。人們對(duì)此感到沮喪，因?yàn)樗鼈儾](méi)有實(shí)現(xiàn)真正的“人工智能”，只不過(guò)是形式上的呆板的“智能”罷了。早期的系統(tǒng)在強(qiáng)調(diào)規(guī)則化和形式化的領(lǐng)域的表現(xiàn)是無(wú)可挑剔的，但在非規(guī)則化的方面的表現(xiàn)是不適用人們的需要的，例如在對(duì)人臉的識(shí)別過(guò)程中十分艱難，更令人嗤之以鼻的是甚至難以辨別餅干和小熊的圖像，這跟我們所理解的智能是嚴(yán)重不符的。原因就在于，專家系統(tǒng)是一條一條的諸如“如果，就”的陳述性法則的統(tǒng)一合集，這些法則通過(guò)拷貝人類智能的固定方法并將其形式化來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于此專家系統(tǒng)在國(guó)際象棋等形式化相對(duì)比較簡(jiǎn)單的領(lǐng)域顯露出十分亮眼的能力，最具代表性的就是IBM的“深藍(lán)”；相反，必須要通過(guò)學(xué)習(xí)一些外部數(shù)據(jù)并加以處理和適應(yīng)才能達(dá)到的規(guī)定性要求的能力是專家系統(tǒng)所缺乏的。雖然很早的時(shí)候也有人嘗試著利用拷貝人腦神經(jīng)細(xì)胞的整個(gè)過(guò)程給機(jī)器賦予“智能”，但是受限于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展程度，其有限的計(jì)算能力不足以應(yīng)付高度繁瑣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)，這種方法也沒(méi)有得以實(shí)現(xiàn)；但是令人吃驚的是它在2015年重新回到人們的視野中，也就是現(xiàn)在炙手可熱的深度學(xué)習(xí)，代表性事件就是阿爾法狗戰(zhàn)勝圍棋冠軍李世石，阿爾法狗正是利用深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了其強(qiáng)大的性能，最終，伴隨著統(tǒng)計(jì)學(xué)取得的成就，人工智能才進(jìn)入了飛速發(fā)展的黃金時(shí)期，才有了如今滲透進(jìn)生活的方方面面。從安防出現(xiàn)智能化開(kāi)始，智能化安防已經(jīng)發(fā)展了十多年，但是發(fā)展水平還是有限的，依舊停留在比較初級(jí)的階段。這些年來(lái)，隨著國(guó)家的相關(guān)政策不斷發(fā)布及支持之下，智能化安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度還是十分迅速的。2012年以來(lái)的六年里，我國(guó)智能化安防市場(chǎng)的規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)26.8%。到2019年，我國(guó)智能化安防市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了455億元左右。從地區(qū)來(lái)看，當(dāng)前我國(guó)智能化安防產(chǎn)業(yè)主要聚集在三個(gè)國(guó)內(nèi)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)：珠三角地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)。從企業(yè)來(lái)看，當(dāng)前智能安防企業(yè)可以分成三大梯隊(duì)。第一梯隊(duì)為?？低暫痛笕A股份，這兩家企業(yè)是目前國(guó)內(nèi)最具代表性的企業(yè)；第二梯隊(duì)則主要以宇世、天地偉業(yè)、蘇州科達(dá)、曠世等企業(yè)為主；而第三梯隊(duì)就是其他中小型安防企業(yè)。2020年，由于受到的疫情影響，國(guó)內(nèi)外的經(jīng)濟(jì)收到不同程度的影響，而“新基建”成為目前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的一大“熱詞”。從“新基建”實(shí)施的相關(guān)范圍可以看出，5G、人工智能、云計(jì)算、智能交通等領(lǐng)域與智能化安防行業(yè)密切相關(guān)。因此在“新基建”拉動(dòng)市場(chǎng)需求的過(guò)程中，智能化安防行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也必將進(jìn)行升級(jí)。在全世界范圍內(nèi)，全世界智能安防市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在五年內(nèi)從2018年的120億美元增長(zhǎng)到2023年的450億美元，年復(fù)合率可以達(dá)到30.26%。2018年，美國(guó)安防行業(yè)收入可以達(dá)到952億美元，與此同時(shí)其智能安防的市場(chǎng)滲透率在5%左右。2018年美國(guó)智能安防行業(yè)規(guī)模在47.6億美元左右。2013年以來(lái)的五年中，美國(guó)智能安防行業(yè)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率可以達(dá)到18%，而2019年美國(guó)智能安防市場(chǎng)規(guī)模在56億美元左右。從全世界安防行業(yè)的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)組成看，可以分成兩個(gè)板塊：實(shí)體安防板塊和信息技術(shù)安防板塊，就當(dāng)前的市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r水平，實(shí)體安防在市場(chǎng)中占據(jù)更為重要的位置。目前，在全世界安防產(chǎn)業(yè)中，實(shí)體安防業(yè)可以占到安防行業(yè)總收入的65%，而信息技術(shù)安防業(yè)只能占到35%左右。在智能安防發(fā)展過(guò)程中，除了新的應(yīng)用領(lǐng)域在利用智能安防相關(guān)產(chǎn)品外，其對(duì)傳統(tǒng)安防的替代也是一個(gè)比較重要的方向。1.2.2智能安防的發(fā)展概述在當(dāng)今時(shí)代，安防問(wèn)題受到人們?cè)絹?lái)越多的重視，特別是不少公司對(duì)安防產(chǎn)業(yè)的投入愈加的大以及國(guó)家對(duì)安防的高度重視使得智能安防的發(fā)展勢(shì)頭愈加不可阻擋，國(guó)內(nèi)興起較早的安防企業(yè)在智能安防小車方面已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，與此有關(guān)的安防產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，特別是集輕巧、便利、性價(jià)比高的安防小車更是占有越來(lái)越重要的地位，安防小車已經(jīng)悄悄滲透進(jìn)人們生活的許多方面。由于人工智能突飛猛進(jìn)式的發(fā)展速度給諸多方面都提供了便利，基于人工智能的安防小車便有了用武之地，AI與安防的融合，給安防產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上帶來(lái)的將不僅僅是功能、便利程度上的一點(diǎn)點(diǎn)改變，而是質(zhì)的提升，將是貫穿產(chǎn)業(yè)始終的真正的“智慧安防”。在我國(guó)現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程中，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到廣泛關(guān)注和大量投入，在此之中，AI有著舉足輕重的地位。在當(dāng)今時(shí)代，沒(méi)有人工智能的安防就不叫安防，其實(shí)早在5年前人工智能就已經(jīng)在安防領(lǐng)域遍地開(kāi)花了，并且在當(dāng)年北京安博會(huì)是亮眼的存在。到了2017年，國(guó)務(wù)院發(fā)布“新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃”，人工智能已上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。各龍頭安防公司提高在人工智能領(lǐng)域的資金開(kāi)支，生產(chǎn)一系列高端智能產(chǎn)品。2017年在深圳舉辦的安博會(huì)，每一個(gè)展品，每一個(gè)服務(wù)人員都有著人工智能的影子。人工智能的核心要素分為三個(gè)部分：算力、算法和數(shù)據(jù)。將人工智能當(dāng)做一架飛機(jī)，那么算力就是引擎，算法就是方向盤(pán)，數(shù)據(jù)就是燃油，對(duì)于人工智能來(lái)說(shuō)，三者相輔相成，不可或缺。芯片是算法運(yùn)行的載體，芯片主要分為三方面：GPU、FPGA、ASIC，其中GPU已占據(jù)主導(dǎo)地位，但這并不意味著GPU就是智能安防芯片架構(gòu)的未來(lái)，人工智能芯片已經(jīng)出現(xiàn)百花爭(zhēng)鳴的局面，各種芯片各有優(yōu)缺。我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)的規(guī)模逐年增加，在去年已經(jīng)達(dá)到一千億元人民幣，在全國(guó)安防領(lǐng)域內(nèi)的所有公司中，智能安防占據(jù)了五分之一的份額，處于領(lǐng)頭位置的是海康威視和大華兩家大企業(yè)，在世界占有不可小覷的地位，AI與安防的互融提供了很多新產(chǎn)品的出現(xiàn)如智能安防小車、智能門(mén)鎖、監(jiān)控等。安防產(chǎn)業(yè)面臨新一輪角色轉(zhuǎn)換成功的企業(yè)將擁有更多增長(zhǎng)機(jī)遇。未來(lái)的制造業(yè)將融入更多的理念，其中“互聯(lián)網(wǎng)+”和“人工智能”將是兩大最為主要的主導(dǎo)理念。“互聯(lián)網(wǎng)＋”直接影響產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)理念，使得未來(lái)產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)進(jìn)入到新的時(shí)代。這項(xiàng)技術(shù)將不斷地興建起多功能的產(chǎn)品使用平臺(tái)，從數(shù)據(jù)采集、分析、執(zhí)行、預(yù)測(cè)到實(shí)時(shí)傳輸、互動(dòng)，不斷擴(kuò)展平臺(tái)的使用功能。鏈接領(lǐng)域也會(huì)從單體設(shè)備拓展到區(qū)域設(shè)備集群、云平臺(tái)再到地區(qū)綜合安防系統(tǒng)。而智能化的技術(shù)和設(shè)計(jì)不僅能增加產(chǎn)品人機(jī)互動(dòng)、產(chǎn)品智能化服務(wù)等多項(xiàng)功能,更主要的是還能將使用者的意愿加入到產(chǎn)品之中。安防產(chǎn)品不再是需要用戶學(xué)習(xí)使用、適應(yīng)用戶環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，而是由用戶掌控，可以體現(xiàn)用戶產(chǎn)品使用習(xí)慣的“私人定制安防顧問(wèn)”。將用戶需求轉(zhuǎn)化成可操作的執(zhí)行解決方案賦予實(shí)施，并不斷修正，更具有顛覆性的是智能化的安防產(chǎn)品會(huì)不斷地“向人們學(xué)習(xí)”，將個(gè)人的使用習(xí)憒和思主工過(guò)BigData技術(shù)分析預(yù)測(cè)出消費(fèi)者使用趨勢(shì)，指導(dǎo)未來(lái)產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)。憑借以上兩大技術(shù)的應(yīng)用，安防產(chǎn)業(yè)將會(huì)為人們的生活打造出完整的“安防生態(tài)圈”，人們的衣食住行、社交、生活都會(huì)被包括其中。要想做到這一點(diǎn)，就要求安防企業(yè)提升自身的技術(shù)研發(fā)水平和能力，不斷創(chuàng)造領(lǐng)先的安防生活理念，通過(guò)高水準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范行業(yè)發(fā)展，通過(guò)企業(yè)能力的提升最終完成中國(guó)安防產(chǎn)業(yè)在價(jià)值鏈中地位的提升。對(duì)于行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的企業(yè)來(lái)講，核心技術(shù)輸出是未來(lái)發(fā)展的戰(zhàn)略核心，依靠豐富的資源和技術(shù)支持，進(jìn)一步地完成核心技術(shù)的創(chuàng)新和研發(fā)體系，以核心技術(shù)為競(jìng)爭(zhēng)力，通過(guò)專利技術(shù)的許可、出售不斷拓展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)范圍，最終成為國(guó)際安防產(chǎn)業(yè)的“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”。當(dāng)中國(guó)的安防產(chǎn)品技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)輻射到一定的范圍和行業(yè)領(lǐng)域之后，中國(guó)安防將會(huì)在世界安防產(chǎn)業(yè)中擁有一席之地，為打造“中國(guó)安防”品牌打下基礎(chǔ)。通過(guò)技術(shù)的輸出不僅能積累豐厚的資金,更主要的是掌控了消費(fèi)者的使用資源,使用戶最大限度地信任和依賴中國(guó)安防技術(shù)。2設(shè)計(jì)任務(wù)及方案2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求本設(shè)計(jì)是制作一個(gè)以單片機(jī)為控制核心的智能安防小車。設(shè)計(jì)方案要求如下所示：（1）實(shí)現(xiàn)小車自主巡邏功能。（2）實(shí)現(xiàn)盜竊報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)到有人闖入時(shí)自動(dòng)報(bào)警。（3）實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)到火災(zāi)時(shí)自動(dòng)報(bào)警。（4）實(shí)現(xiàn)煤氣泄露報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)到煤氣泄露時(shí)自動(dòng)報(bào)警。2.2本設(shè)計(jì)方案思路2.2.1控制器選擇采用STC89C52單片機(jī)，STC89C52單片機(jī)具有低功耗、高性能的優(yōu)點(diǎn)，是一種CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash的存儲(chǔ)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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率為35MHz，6T/12T可選。因此，本次設(shè)計(jì)決定采用STC89C52單片機(jī)。2.2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇采用直流電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。因?yàn)橹绷麟姍C(jī)控制起來(lái)相對(duì)于簡(jiǎn)單，只要在電機(jī)的兩條控制線上加上一定的電壓，就可以使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著電壓的改變而改變，電壓越高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快；反之，電壓越低，電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。而且改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也十分方便，只需把電源的正負(fù)極改變，就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而改變小車的行進(jìn)方向。改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法除了改變電壓大小外，還可以采用PWM調(diào)速方法。PWM調(diào)速方法就是以方波的形式往直流電機(jī)兩端施加電壓，通過(guò)改變方波的占空比來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。與其他調(diào)速系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：PWM從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)；由于電力電子器件只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高；主電路簡(jiǎn)單，所用功率原件少；低速性能好，穩(wěn)定精度高，調(diào)速范圍寬。因此在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上面選擇較為簡(jiǎn)單方便的直流電機(jī)。2.2.3電源模塊的選擇本系統(tǒng)采用干電池為系統(tǒng)進(jìn)行供電。采用干電池進(jìn)行供電相對(duì)來(lái)說(shuō)更加方便，更加穩(wěn)定。2.2.4避障模塊的選擇本系統(tǒng)采用紅外避障的方式。紅外線避障模塊的應(yīng)用是以紅外線發(fā)射反射為原理，小車在運(yùn)行過(guò)程中，該模塊會(huì)不斷地向外發(fā)射紅外線，當(dāng)紅外線接觸到障礙物時(shí)，紅外線會(huì)被反射回小車，紅外接收管會(huì)根據(jù)反饋回的信息將其轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)傳輸至小車的主控制器，主控制器則根據(jù)電子信號(hào)，判斷小車周邊的障礙物分布情況，做出相應(yīng)躲避障礙物運(yùn)行的指令，并且主控制器模塊將該指令傳輸至電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，從而改變智能小車的運(yùn)行軌跡，進(jìn)而達(dá)到躲避障礙物的效果。2.2.5防火模塊的選擇本系統(tǒng)采用溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2相結(jié)合。MQ-2煙霧傳感器的工作原理：采用的SnO2半導(dǎo)體材料在清潔空氣中電阻率較低，當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，其導(dǎo)電率會(huì)隨之變化，因此可以檢測(cè)是否產(chǎn)生了煙霧，煙霧濃度越高，傳感器導(dǎo)電率越大，電阻越低，輸出的模擬信號(hào)也就越大。將環(huán)境的外部設(shè)備情況轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的強(qiáng)弱，再通過(guò)此傳遞的電信號(hào)的強(qiáng)弱，傳遞至單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，單片機(jī)就會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警設(shè)備達(dá)到報(bào)警的效果。溫度傳感器DS18B20由兩個(gè)溫度晶振，兩個(gè)計(jì)數(shù)器，一個(gè)寄存器構(gòu)成。低溫晶振用于產(chǎn)生恒定的脈沖給計(jì)數(shù)器1，因?yàn)楦邷鼐д褚资軠囟扔绊?，所以其產(chǎn)生的脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2輸入。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫晶振產(chǎn)生的信號(hào)減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的中的數(shù)值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1重新裝入，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)低溫晶振產(chǎn)生的信號(hào)，如此直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。溫度傳感器DS18B20采用前沿的單總線的接口方式，能輕易實(shí)現(xiàn)微處理器與傳感器之間的相互通訊。其測(cè)量溫度范圍寬，可測(cè)量零下50至零上125攝氏度而且測(cè)量精度高。采用64位光刻ROM，方便多機(jī)掛接。采用全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。溫度傳感器DS18B20存儲(chǔ)的溫度值是以補(bǔ)碼的形式存儲(chǔ)的，所以讀出來(lái)的溫度值是實(shí)際溫度值的補(bǔ)碼，要進(jìn)行變換。正值：實(shí)際值=讀數(shù)*0.0625負(fù)值：實(shí)際值=-(讀數(shù)-1并取反)*0.06252.2.6防煤氣泄漏模塊的選擇本系統(tǒng)采用MQ-5氣敏傳感器檢測(cè)燃?xì)鉂舛?，MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在甲烷等可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中天然氣濃度的增加而增大。由于這個(gè)特性，所以只需簡(jiǎn)單的電路就可以把電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與氣體濃度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。MQ-5傳感器對(duì)甲烷等氣體的靈敏度較高，同時(shí)對(duì)甲烷和丙烷有著較好的兼顧。2.2.7防盜模塊的選擇小車通過(guò)超聲波實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)外來(lái)人員入侵時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)。由于小車是在運(yùn)動(dòng)的，所以可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制算法來(lái)計(jì)算前方障礙物是否在移動(dòng)，若檢測(cè)出是移動(dòng)的障礙物，及可判斷為外來(lái)入侵人員。

3硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)工作原理及功能簡(jiǎn)介本系統(tǒng)利用單片機(jī)STC89C52作為本系統(tǒng)的主控模塊，采用紅外傳感器進(jìn)行避障；采用MQ-2煙霧傳感器以及DS18B20溫度傳感器來(lái)檢測(cè)火源；采用超聲波來(lái)檢測(cè)是否有人員入侵以實(shí)現(xiàn)防盜；采用MQ-5氣敏傳感器來(lái)檢測(cè)空氣中的天然氣濃度是否達(dá)到威脅生命安全的程度。系統(tǒng)工作原理框圖如圖3.1所示。圖3-1系統(tǒng)工作原理框圖3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有十分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于智能小車。電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的電路圖如圖3-2所示。圖3-2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路圖如圖3-3為ULN2003是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN復(fù)合晶體管組成，每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。因此選擇使用ULN2003芯片。下面給出ULN2003芯片的相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)。圖3-3ULN2003芯片圖主要特點(diǎn)：（1）500mA額定集電極電流（單個(gè)輸出）。（2）高電壓輸出：50V。（3）輸入和各種邏輯類型兼容。（4）繼電器驅(qū)動(dòng)器。（5）ULN2003采用DIP-16或SOP-16塑料封裝。ULN2003內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動(dòng)電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTLCOMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管,它的輸出端允許通過(guò)電流為200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開(kāi)路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉2K的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。ULN2003是一個(gè)非門(mén)電路，包含7個(gè)單元，單獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)500mA，9腳可以懸空。比如1腳輸入，16腳輸出，你的非感性負(fù)載(燈泡、電阻、電容等)接在VCC與16腳之間，不用9腳。若接感性負(fù)載(電機(jī)、電感等)，在原來(lái)的電路基礎(chǔ)上把第9腳接到負(fù)載的電源正極即可。(不接電路也能工作，不過(guò)會(huì)有一定幾率損壞芯片)引腳介紹：引腳1:CPU脈沖輸入端，端口對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)輸出端。引腳2:CPU脈沖輸入端。引腳3:CPU脈沖輸入端。引腳4:CPU脈沖輸入端。引腳5:CPU脈沖輸入端。引腳6:CPU脈沖輸入端。引腳7:CPU脈沖輸入端。引腳8:接地。引腳9:該腳是內(nèi)部7個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。用于感性負(fù)載時(shí)，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。如果該腳接地,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對(duì)地接通。引腳10:脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)7腳信號(hào)輸入端。引腳11:脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)6腳信號(hào)輸入端。引腳12:脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)5腳信號(hào)輸入端。引腳13:脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)4腳信號(hào)輸入端。引腳14:脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)3腳信號(hào)輸入端。引腳15:脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)2腳信號(hào)輸入端。引腳16:脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)1腳信號(hào)輸入端。3.3紅外避障模塊這個(gè)單元模塊的工作主要由紅外傳感器來(lái)完成。紅外線避障模塊的應(yīng)用是以紅外線發(fā)射反射為原理，小車在運(yùn)行過(guò)程中，該模塊會(huì)不斷地向外發(fā)射紅外線，當(dāng)紅外線接觸到障礙物時(shí)，紅外線會(huì)被反射回小車，紅外接收管會(huì)根據(jù)反饋回的信息將其轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)傳輸至小車的主控制器，主控制器則根據(jù)電子信號(hào)，判斷小車周邊的障礙物分布情況，做出相應(yīng)躲避障礙物運(yùn)行的指令，并且主控制器模塊將該指令傳輸至電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，從而改變智能小車的運(yùn)行軌跡，進(jìn)而達(dá)到躲避障礙物的效果。圖3-4紅外接收模塊電路圖 圖3-5紅外發(fā)射模塊電路圖如圖3-4為紅外接收頭，如圖3-5為紅外發(fā)射模塊電路圖。紅外接收頭采用HS0038紅外接收頭，HS0038紅外接收頭接收紅外信號(hào)頻率為38kHz，周期約26μs。PIN二極管和前置放大器是組裝引線框架，環(huán)氧包裝設(shè)計(jì)為IR過(guò)濾器，是標(biāo)準(zhǔn)IR遙控接收器系列，支持所有主要的傳輸碼。紅外接收頭實(shí)物圖如圖3-6所示。圖3-6HS0038紅外接收頭實(shí)物圖特點(diǎn)：（1）光檢測(cè)器及前置放大器集成在同一封裝上。（2）內(nèi)帶PCM頻率濾波器。（3）輸出電平兼容TTL和CMOS。（4）輸出低電平。（5）改進(jìn)對(duì)電場(chǎng)的屏蔽和干擾。（6）電源電壓5V，低功耗。（7）對(duì)自然光的抗干擾能力強(qiáng)。（8）數(shù)據(jù)可以連續(xù)傳輸。（800比特/秒）3.4防火模塊這個(gè)單元模塊主要由溫度傳感器DS18B20以及煙霧傳感器MQ-2來(lái)完成。如圖3-8為傳感器實(shí)物圖。MQ-2煙霧傳感器的工作原理：采用的SnO2半導(dǎo)體材料在清潔空氣中電阻率較低，當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，其導(dǎo)電率會(huì)隨之變化，因此可以檢測(cè)是否產(chǎn)生了煙霧，煙霧濃度越高，傳感器導(dǎo)電率越大，電阻越低，輸出的模擬信號(hào)也就越大。將環(huán)境的外部設(shè)備情況轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的強(qiáng)弱，再通過(guò)此傳遞的電信號(hào)的強(qiáng)弱，傳遞至單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，單片機(jī)就會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警設(shè)備達(dá)到報(bào)警的效果。煙霧傳感器利用火災(zāi)發(fā)生初期，燃料急劇氧化釋放的氣溶膠粒子及煙霧進(jìn)入檢測(cè)電離室后，吸附并中和正負(fù)離子，使電離電流急劇減少，改變了離子電流平衡狀態(tài)，在中問(wèn)電極產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)煙霧濃度呈正比的電壓增量，通過(guò)分析電壓增量的變化進(jìn)行火災(zāi)的預(yù)警。如圖3-7所示，溫度傳感器DS18B20由兩個(gè)溫度晶振，兩個(gè)計(jì)數(shù)器，一個(gè)寄存器構(gòu)成低溫晶振用于產(chǎn)生恒定的脈沖給計(jì)數(shù)器1，因?yàn)楦邷鼐д褚资軠囟扔绊懀云洚a(chǎn)生的脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2輸入。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫晶振產(chǎn)生的信號(hào)減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的中的數(shù)值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1重新裝入，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)低溫晶振產(chǎn)生的信號(hào)，如此直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖3-7DS18B20溫度傳感器接口 圖3-8MQ-2煙霧傳感器實(shí)物圖DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，其輸出的是數(shù)字信號(hào)，具有體積小，硬件開(kāi)銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。每片DS18B20都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的64位序列號(hào)，所以一個(gè)1-Wire總線上可連接多個(gè)DS18B20設(shè)備。因此，在一個(gè)分布式的大環(huán)境里用一個(gè)微控制器控制多個(gè)DS18B20是非常簡(jiǎn)單的。這些特征使得其在HVAC環(huán)境控制，在建筑、設(shè)備及機(jī)械的溫度監(jiān)控設(shè)備，以及溫度過(guò)程控制系統(tǒng)中有著很大的優(yōu)勢(shì)。特點(diǎn)：獨(dú)特的1-Wire總線接口僅需要一個(gè)管腳來(lái)通信。每個(gè)設(shè)備的內(nèi)部ROM上都燒寫(xiě)了一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的64位序列號(hào)。多錄采集能力使得分布式溫度采集應(yīng)用更加簡(jiǎn)單。無(wú)需外圍元件。能夠采用數(shù)據(jù)線供地；供電范圍為3.0V至5.5V。溫度可測(cè)量范圍為：-55℃至+125℃。（-67℉至257℉）溫度范圍超過(guò)-10℃至85℃之外時(shí)具有±0.5℃的精度。內(nèi)部溫度采集精度可以由用戶自定義為9-Bits至12-Bits。溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間在轉(zhuǎn)換精度為12-Bits時(shí)達(dá)到最大值750ms。用戶自定義非易失性的溫度報(bào)警裝置。定義了溫度報(bào)警搜索命令和當(dāng)溫度超過(guò)用戶自定義的設(shè)定值時(shí)。與DS1822程序兼容。應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)，工業(yè)系統(tǒng)，民用產(chǎn)品，溫度傳感器，或者任何溫度檢測(cè)系統(tǒng)中。MQ-2的4腳輸出隨煙霧濃度變化的直流信號(hào)，被加到比較器U1A的2腳，RP構(gòu)成比較器的門(mén)檻電壓。當(dāng)煙霧濃度較高輸出電壓高于門(mén)檻電壓時(shí)，比較器輸出低電平（0V），此時(shí)LED亮報(bào)警；當(dāng)濃度降低傳感器的輸出電壓低于門(mén)檻電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)輸出高電平（VCC），LED熄滅。調(diào)節(jié)RP，可以調(diào)節(jié)比較器的門(mén)檻電壓，從而調(diào)節(jié)報(bào)警輸出的靈敏度。R1串入傳感器的加熱回路，可以保護(hù)加熱絲免受冷上電時(shí)的沖擊。特點(diǎn)：具有信號(hào)輸出指示。雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）。TTL輸出有效信號(hào)為低電平（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)）。模擬量輸出0-5V電壓，濃度越高電壓越高。對(duì)液化氣、天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。3.5防煤氣泄露模塊這個(gè)模塊單元的主要功能主要由氣敏傳感器MQ-5來(lái)實(shí)現(xiàn)。MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在甲烷等可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中天然氣濃度的增加而增大。由于這個(gè)特性，所以只需簡(jiǎn)單的電路就可以把電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與氣體濃度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。MQ-5傳感器對(duì)甲烷等氣體的靈敏度較高，同時(shí)對(duì)甲烷和丙烷有著較好的兼顧。這個(gè)傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，具有長(zhǎng)壽命，低成本，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。主要參數(shù)如圖3-9所示。圖3-9MQ-5氣敏傳感器主要參數(shù)圖為3-10為MQ-5傳感器的基本測(cè)試電路。該傳感器需要施加2個(gè)電壓：加熱器電壓（VH）和測(cè)試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度，可用直流電源或交流電源。VRL是傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的電壓。VC是為負(fù)載電阻RL提供測(cè)試的電壓，需用直流電源。圖3-10 MQ-5氣敏傳感器基本測(cè)試電路3.6防盜模塊本模塊單元的主要功能主要依靠超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)入侵人員的檢測(cè)依靠超聲波傳感器HC-SR04實(shí)現(xiàn)，超聲波測(cè)距是一種有效的非接觸式測(cè)距方法，其原理是超聲波傳感器可以發(fā)生一定頻率的超聲波并借助空氣媒質(zhì)傳播，到達(dá)測(cè)量目標(biāo)或障礙物后反射回來(lái)，通過(guò)計(jì)算傳輸時(shí)問(wèn)得出距離。將其與360°旋轉(zhuǎn)舵機(jī)連接實(shí)現(xiàn)對(duì)四周的監(jiān)測(cè)，超聲波模塊將在每個(gè)方位上連續(xù)掃描，將超聲波掃描到的前一周期的位置信息與后一周期的位置信息相比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)物體的檢測(cè)。圖3-11HC-SR04超聲波傳感器實(shí)物圖如圖3-11所示，VCC供5V電源，GND為地線，TRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO回響信號(hào)輸出。HC-SR04超聲波傳感器工作原理：采用IO觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)。模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。有信號(hào)返回，通過(guò)IO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速）/2。聲速為340m/s。3.7報(bào)警模塊如圖3-12所示，本模塊單元的主要功能主要依靠蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)。所用的報(bào)警模塊是市面上常見(jiàn)的蜂鳴器，蜂鳴器主要有蜂鳴片以及多諧振蕩器構(gòu)成，蜂鳴器通過(guò)三級(jí)管放大電路可以連接到單片機(jī)的IO口。所選用的蜂鳴器是自激式蜂鳴器，通過(guò)5V直流電源就可以驅(qū)動(dòng)達(dá)到鳴響的目的。圖3-12蜂鳴器模塊電路圖

4軟件設(shè)計(jì)4.1總體方案在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們根據(jù)單片機(jī)的具體情況使用keil4進(jìn)行軟件部分的設(shè)計(jì)，其語(yǔ)言環(huán)境與C語(yǔ)言別無(wú)二致十分適合該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，由于該語(yǔ)言集多功能、高效率、易表達(dá)和可移植為一體，展示了高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)又綜合了低級(jí)語(yǔ)言的特色，在軟件設(shè)計(jì)中獲得了編程者的青睞。圖4-1程序總流程圖如圖4-1所示，系統(tǒng)總體流程是：小車進(jìn)入驅(qū)動(dòng)后，先判斷有無(wú)檢測(cè)到障礙物，若檢測(cè)到物體存在就進(jìn)行避障；如果沒(méi)碰到障礙物就繼續(xù)行駛。然后再判斷是否有移動(dòng)的東西，如果檢測(cè)到存在移動(dòng)的東西，就發(fā)出警報(bào)；如果沒(méi)有檢測(cè)到移動(dòng)的東西，就繼續(xù)巡邏，并檢測(cè)是否存在火源。若檢測(cè)到有火源存在，就發(fā)出警報(bào)；如果沒(méi)有檢測(cè)到火源，就繼續(xù)巡邏，并檢測(cè)是否有煤氣泄露。若檢測(cè)到有煤氣泄露的情況，就發(fā)出警報(bào)，如果沒(méi)有檢測(cè)到煤氣泄露，就返回到開(kāi)始的時(shí)候，重新檢測(cè)巡邏。4.2自主巡邏流程圖4-2自主巡邏流程圖小車上配備有左右兩個(gè)對(duì)稱的紅外管，這一對(duì)紅外對(duì)管同發(fā)射紅外線檢測(cè)前方是否存在障礙物。如圖4-2所示當(dāng)兩個(gè)紅外傳感器未對(duì)前方存在障礙物做出正判斷時(shí)，兩個(gè)直流電機(jī)都正常運(yùn)作，小車正常行進(jìn)。當(dāng)左邊的紅外傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，而右邊的紅外傳感器沒(méi)有檢測(cè)到障礙物，那么小車的右輪的直流電機(jī)將會(huì)停止運(yùn)作，僅剩下左輪的直流電機(jī)運(yùn)作，下車便會(huì)往右轉(zhuǎn)躲避開(kāi)左邊的紅外傳感器檢測(cè)到的障礙物。同理，當(dāng)左邊的檢測(cè)系統(tǒng)未做出障礙判斷時(shí)，而右邊的紅外傳感器做出正判斷，那么左邊的直流電機(jī)將會(huì)停止運(yùn)作，而右輪的直流電機(jī)繼續(xù)正常運(yùn)作，小車就會(huì)左轉(zhuǎn)以此來(lái)躲避右邊的紅外傳感器檢測(cè)到的障礙物。當(dāng)小車左右兩個(gè)傳感器都對(duì)前方物體做出障礙檢測(cè)判斷時(shí)，單片機(jī)對(duì)兩個(gè)電機(jī)都做翻轉(zhuǎn)指令，先讓小車后退一段距離，然后再轉(zhuǎn)彎躲避正前方的障礙物。4.3防火模塊流程圖4-3自主巡邏流程圖 小車上配備有DS18B20溫度傳感器以及MQ-2煙霧傳感器。如圖4-3所示，小車在自主巡邏過(guò)程中會(huì)通過(guò)溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)，如對(duì)溫度的判斷達(dá)到閾值時(shí)，小車會(huì)將信號(hào)發(fā)送到處理器，然后通過(guò)蜂鳴器達(dá)到報(bào)警的效果。而MQ-2煙霧傳感器是一種對(duì)煙霧比較敏感的傳感器，當(dāng)空氣中煙霧濃度過(guò)高時(shí)，小車就會(huì)將信號(hào)傳到處理器，并通過(guò)蜂鳴器來(lái)報(bào)警。4.4防煤氣泄露模塊流程小車上配備有MQ-5氣敏傳感器。MQ-5傳感器是對(duì)CH4有高靈敏度的氣敏傳感器，對(duì)丙烷也有一定的兼顧。小車在行進(jìn)過(guò)程中，會(huì)對(duì)空氣中的甲烷濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，假如空氣中甲烷的濃度過(guò)高時(shí)，小車會(huì)將信號(hào)發(fā)送到處理器，并通過(guò)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。4.5防盜模塊流程小車上配備有HC-S