智能循迹避障灭火小车

陈迪

沈阳工学院

智能循迹避障灭火小车

陈迪

沈阳工学院

本文通过对智能小车的研究和分析，设计了一个智能循迹避障灭火小车，该小车主要研究单片机如何控制小车自动循迹、避障、灭火，详细的阐述了STC89C52的各个管脚功能的实现，利用了STC89C52芯片的强大功能，使小车在无人操控的情况下按照程序进行自动寻迹避障，感应火源做出灭火动作等功能外加一个火焰传感器，对火焰进行感应传递信号给芯片再由芯片做出发出信号由风扇做出灭火动作实现灭火功能。

单片机 传感器 STC89C52单片机

循迹避障模块传感器为四路传感器接线，P1接右边避障传感器，P2接右边循迹传感器，P3接左边循迹传感器，P4接左边避障传感器，其中，接收头中的VCC、OUT、GND，用杜邦线对应接好，不能接反或者接错，否则将会烧坏传感器模块，调试传感器时只需要调节核心板上的W1，W2，W3，W4电位器就可以控制各路传感器的距离位置了，在调节电位器的同时观察外挂的四个二极管。可以检测火焰或波长在760纳米～1100纳米范围内的光源范围内的光源探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏灵敏度可调，性能稳定工作电压5V，数字量模拟量双输出。灭火小车必备部件，输出相应的信号。光电开关有三根引出线，棕色接电源正极，蓝色接电源负极，黑色作为信号输出端，送给单片机，是单片机做出相应的判断，从而控制小车做出正确的动作。风扇的控制使用三极管和接地电阻来实现，当检测到火焰以后，单片机的P1.7口送出低电平，使得电风扇的一路开关闭合，风扇开始旋转，1、2两引脚接风扇的两端，当检测到了火焰时，PD0输出低点平，三极管导通，此时电磁级电器的开关打到另外的端口，风扇开始旋转。芯片L293D的EN1，EN2为电机T1T2的两个始能端，IN1与OUT1，IN2与OUT2，IN3与OUT3，IN4与OUT4组成了一个H桥电路用来控制电机的正反转使小车行驶。

芯片是STC公司生产的一种低功耗的，高性能的CMOS8位微控制器，其主要特性为8K字节程序存储空间，512字节数据存储空间，内带4K字节EEPROM存储空间，可直接使用串口下载等，工作电压为5.5V到3.3V之间通用I/O口有32个，外部中断4路，PDIP封装，工作温度范围-40摄氏度到85摄氏度（工业级）0摄氏度到75摄氏度（商业级）。本次设计采用了Keil μ Vision4开发环境，主要采用的是红外循迹原理，黑色赛道会根据小车的运行情况呗某一探头所检测到，则两个探头分为2种情况对小车进行转向控制，若没有被任何一个探头检测到，则继续直行。避障原理与循迹原理十分相似，就是将原来探测底部的黑线变成了探测前方是否有障碍物，然后针对探测结果进行判断。小车的灭火模块是小车先进入初始化阶段然后火焰传感器进行判断距离是否小于10cm，如果不小于10厘米则判断哪个方向会有火焰，中间有则直行，左边有将向左转，右边有则向右转，三个方向都没有则向左转，如果距离小于10厘米也将进行判断，如果左边有大左转右边有大右转三个方向有没有大左转，中间有则停车打开风扇进行灭火，在进行判断中间是否有火焰，无火焰则灭火成功，有火焰则继续灭火直至灭火成功。小车进行左转寻找下一个火源重复以上过程，直至任务结束。

先调试5V稳压电源，用电压表连接GND，VCC之间电压电压为4.98～5.01V，在正常范围，检查芯片的各个管脚是否有短接或者漏焊的，以防通电之后芯片被烧坏，系统采用的晶振也需要精确测量满足模块所需即可进行下一模块的测试。循迹和测距的调试选择外挂发光二极管，观察其对黑线或障碍物的灵敏度。当4路红外传感器探测到黑线或障碍物时，发光二极管发亮，由此可通过多次尝试对传感器的探测距离进行测试，尽量让传感器的探测距离更远。小车的灭火模块是硬件中比较复杂的模块，首先应先检测火焰传感器的灵敏度与探测距离，调整好距离及延迟后再对灭火风扇的电机进行测试，最后在讲两个小模块组合起来测试灭火模块是否成功灭火，当火焰传感器检测到火焰时小车停下进行灭火动作则视为灭火成功。

通过最后的软件硬件调试的模拟调试，本系统能实现沿预设轨道行驶小车在行驶过程中，能够自动检测预先设好的轨道，实现直道和弧形轨道的前进。若有偏离，能够自动纠正，返回到预设轨道上来。当小车探测到前进前方的障碍物时，可以自动调整，躲避障碍物，从无障碍区通过。从实际运行的情况来看小车在执行循迹的时候一旦车速过快有可能会冲出轨道，需要仔细调试不断修改小车前进速度。小车在避障的时候的速度也需要注意，更重要的是需要对小车避障传感器的感应距离进行相应调节。

史秀男（通讯作者），1987年1月29日生，女，汉，沈阳人，沈阳工学院讲师，硕士，主要研究通信系统及下一代网络。