C52单片机的校园消防机器人的设计

东南大学成贤学院 肖 杨 李雪若涵 杨顺平 陈逸时

随着社会经济的迅猛发展，各种人工智能产业应运而生，智能机器人更受到了广泛的关注，也引起了相关专业的学生及研究人员的探索与研究。

本机器人小车主要以STC89C52单片机作为主控芯片，采用L293D电机驱动芯片完成对机器人小车两只电机的驱动。采用L9110风扇模块实现灭火功能。使用JDY-09蓝牙串口模块作为通信控制模块，实现了用手机蓝牙控制完成小车的动作。并采用S03641A四位数码管显示小车运行的状态信息，实现了很好的人机交互。

1 项目的主要任务及目标

以STC89C52单片机作为主控芯片，采用L293D电机驱动芯片完成对机器人小车两只电机的驱动。采用两个TCRT5000红外寻迹避障传感器模块和一个HC-SR04超声波测距模块来实现小车的寻迹和避障功能。采用L9110风扇模块实现灭火功能。使用JDY-09蓝牙串口模块作为通信控制模块，实现了用手机蓝牙控制完成小车的前进、后退、左转、右转、灭火五个动作的控制。并采用S03641A四位数码管显示小车运行的状态信息，实现了很好的人机交互。

2 整体方案设计

2.1 硬件方案

本机器人小车主要以STC89C52单片机作为主控芯片，加以各传感器及电机驱动。在制定方案时，我们想出了风扇和喷水两种方案，经过团队成员的讨论及老师的建议我们选择了风扇灭火的方案。总体设计框图如图1所示。

图1 硬件总体设计框图

2.2 软件方案

软件设计以硬件设计图为基础，着重进行电机驱动模块，各传感器模块的程序设计。软件总体设计框图如图2所示。

图2 软件总体设计框图

3 硬件设计

3.1 电源模块

本机器人小车在电源的处理上采用了稳压芯片LM7085CV。采用LM78系列三端稳压电路构成稳压电源的外部元件。电路中还有调节管的过流、过热和保护电路，使用可靠、方便、廉价。电路原理图如图3所示。

图3 电源模块电路图

3.2 电机驱动模块

本机器人小车采用了L293D电机驱动芯片，芯片L293D属于H桥集成电路，其输出电流最高600mA，最高输出电压36V，内部ESD保护，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。电路原理图如图4所示。

图4 电机驱动模块电路图

3.3 传感器模块

本机器人小车采用了两个TCRT5000红外寻迹避障传感器、两个火焰传感器和一个HC-SR04超声波传感器。

TCRT5000传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，接收管饱和，此时模块的输出端为低电平，指示二极管被点亮，反射距离为1mm～25mm。火焰传感器使用了LM393比较器，可以检测760nm～1100nm范围内的光源；火焰越大，测试距离越远。HCSR04超声波传感器感应角度不大于15°，探测距离为2cm～45cm，采用IO触发测距测试距离，绕射现象小，方向性好。

道教典籍《文昌帝君阴骘文》开篇言：“救人之难，济人之急，悯人之孤，容人之过。 广行阴骘，上格苍穹。”[11]402 它告诫人们要多行善事，多积阴德，才会得到上天的眷顾。 《太平经》里讲“善自命长，恶自命短” “努力为善，子孙延年”[12]525,549，行善不仅可以使自身寿命增长，更会把福报延至子孙，让子孙也增加寿命。 吸纳了道教风水学说的古代朝鲜堪舆术，实则也容纳、吸收了道教行善积德、济世利人的博爱精神。

3.4 灭火模块

本机器人采用了L9110风扇传感器模块进行灭火。使用马达控制驱动L9110芯片驱动，兼容舵机舵盘控制螺旋桨，效率高，可轻松吹灭20cm外的打火机火焰。

4 软件设计

4.1 软件开发平台

我们采用了ALTIUM DESIGNER WINTER 09设计软件设计了原理图，并绘制了pcb图，利用keil5软件，使用C语言编写程序，并通过烧写工具将程序下载到单片机中。Keil C51是51系列兼容单片机C语言软件开发系统，提供了包括C编译器、宏汇编、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。生成的目标代码效率非常之高，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

4.2 软件设计流程图（见图5）

图5 软件流程图