C52單片機(jī)的校園消防機(jī)器人的設(shè)計

東南大學(xué)成賢學(xué)院 肖 楊 李雪若涵 楊順平 陳逸時

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各種人工智能產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，智能機(jī)器人更受到了廣泛的關(guān)注，也引起了相關(guān)專業(yè)的學(xué)生及研究人員的探索與研究。

本機(jī)器人小車主要以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，采用L293D電機(jī)驅(qū)動芯片完成對機(jī)器人小車兩只電機(jī)的驅(qū)動。采用L9110風(fēng)扇模塊實(shí)現(xiàn)滅火功能。使用JDY-09藍(lán)牙串口模塊作為通信控制模塊，實(shí)現(xiàn)了用手機(jī)藍(lán)牙控制完成小車的動作。并采用S03641A四位數(shù)碼管顯示小車運(yùn)行的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)了很好的人機(jī)交互。

1 項(xiàng)目的主要任務(wù)及目標(biāo)

以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，采用L293D電機(jī)驅(qū)動芯片完成對機(jī)器人小車兩只電機(jī)的驅(qū)動。采用兩個TCRT5000紅外尋跡避障傳感器模塊和一個HC-SR04超聲波測距模塊來實(shí)現(xiàn)小車的尋跡和避障功能。采用L9110風(fēng)扇模塊實(shí)現(xiàn)滅火功能。使用JDY-09藍(lán)牙串口模塊作為通信控制模塊，實(shí)現(xiàn)了用手機(jī)藍(lán)牙控制完成小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、滅火五個動作的控制。并采用S03641A四位數(shù)碼管顯示小車運(yùn)行的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)了很好的人機(jī)交互。

2 整體方案設(shè)計

2.1 硬件方案

本機(jī)器人小車主要以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，加以各傳感器及電機(jī)驅(qū)動。在制定方案時，我們想出了風(fēng)扇和噴水兩種方案，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)成員的討論及老師的建議我們選擇了風(fēng)扇滅火的方案。總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 硬件總體設(shè)計框圖

2.2 軟件方案

軟件設(shè)計以硬件設(shè)計圖為基礎(chǔ)，著重進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動模塊，各傳感器模塊的程序設(shè)計。軟件總體設(shè)計框圖如圖2所示。

圖2 軟件總體設(shè)計框圖

3 硬件設(shè)計

3.1 電源模塊

本機(jī)器人小車在電源的處理上采用了穩(wěn)壓芯片LM7085CV。采用LM78系列三端穩(wěn)壓電路構(gòu)成穩(wěn)壓電源的外部元件。電路中還有調(diào)節(jié)管的過流、過熱和保護(hù)電路，使用可靠、方便、廉價。電路原理圖如圖3所示。

圖3 電源模塊電路圖

3.2 電機(jī)驅(qū)動模塊

本機(jī)器人小車采用了L293D電機(jī)驅(qū)動芯片，芯片L293D屬于H橋集成電路，其輸出電流最高600mA，最高輸出電壓36V，內(nèi)部ESD保護(hù)，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。電路原理圖如圖4所示。

圖4 電機(jī)驅(qū)動模塊電路圖

3.3 傳感器模塊

本機(jī)器人小車采用了兩個TCRT5000紅外尋跡避障傳感器、兩個火焰?zhèn)鞲衅骱鸵粋€HC-SR04超聲波傳感器。

TCRT5000傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)被檢測物體出現(xiàn)在檢測范圍內(nèi)時，紅外線被反射回來且強(qiáng)度足夠大，接收管飽和，此時模塊的輸出端為低電平，指示二極管被點(diǎn)亮，反射距離為1mm～25mm。火焰?zhèn)鞲衅魇褂昧薒M393比較器，可以檢測760nm～1100nm范圍內(nèi)的光源；火焰越大，測試距離越遠(yuǎn)。HCSR04超聲波傳感器感應(yīng)角度不大于15°，探測距離為2cm～45cm，采用IO觸發(fā)測距測試距離，繞射現(xiàn)象小，方向性好。

道教典籍《文昌帝君陰騭文》開篇言：“救人之難，濟(jì)人之急，憫人之孤，容人之過。 廣行陰騭，上格蒼穹。”[11]402 它告誡人們要多行善事，多積陰德，才會得到上天的眷顧。 《太平經(jīng)》里講“善自命長，惡自命短” “努力為善，子孫延年”[12]525,549，行善不僅可以使自身壽命增長，更會把福報延至子孫，讓子孫也增加壽命。 吸納了道教風(fēng)水學(xué)說的古代朝鮮堪輿術(shù)，實(shí)則也容納、吸收了道教行善積德、濟(jì)世利人的博愛精神。

3.4 滅火模塊

本機(jī)器人采用了L9110風(fēng)扇傳感器模塊進(jìn)行滅火。使用馬達(dá)控制驅(qū)動L9110芯片驅(qū)動，兼容舵機(jī)舵盤控制螺旋槳，效率高，可輕松吹滅20cm外的打火機(jī)火焰。

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件開發(fā)平臺

我們采用了ALTIUM DESIGNER WINTER 09設(shè)計軟件設(shè)計了原理圖，并繪制了pcb圖，利用keil5軟件，使用C語言編寫程序，并通過燒寫工具將程序下載到單片機(jī)中。Keil C51是51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，提供了包括C編譯器、宏匯編、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。

4.2 軟件設(shè)計流程圖（見圖5）

圖5 軟件流程圖