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基于单片机的模拟消防救援车控制系统

热度0票 浏览17次 时间:2019年8月27日 09:26
  ◆张 涛
  (淄博职业学院 山东淄博 255314)
  摘要:本设计主要就是针对消防智能技术的制作与研究,小车以STC89C52 单片机为控制核心,加以电源模块、电机驱动模块、火焰检测模块、水泵灭火模块、生命探测模块、监控模块、通讯模块以及其它电路构成。电源电路提系统所需的工作电源,当发生火灾时通过遥控方式使小车进入火灾现场,同时开启小车上的高清摄像头,把火灾现场的实时画面传回营救中心,当火焰检测模块检测火焰时,把采集到的数据通过 STC89C52 单片机进行处理,启动水泵灭火模块进行灭火,同时启动生命探测模块,探测到火灾现场中伤员的具体位置,并发出报警,从而实现最快的解救伤员。本论文进行整体的硬件设计,并编写了软件程序框图,制作的消防小车具有简易灭火功能,达到了实现现场灭火的目的。
  关键词:STC89C52 单片机;传感器;智能灭火小车;直流电机1.概述
  1.1 设计意义
  火灾在现实生活中是非常普遍的, 它被称为三大自然灾害之一。消防人员时时刻刻冲到第一线,面临生命危险,在这种背景下,智能灭火系统应运而生,实现了对安全防护的质的提高,也大大地减低了消防人员的危险。随着社会与国家的发展,在经济迅速增长的同时,各种危险场所不可避免的火灾频繁出现,给社会安全造成了很多隐患, 于是现代火灾及时补救已成为迫在眉睫需要解决的问题,救火早一刻就少一分损失,消防救援人员固然速度已经很快,但也需要一段不小的时间,而且进入救火现场还有生命危险的可能,于是消防救援车的理念诞生了。
  1.2 设计的思路
  该设计在熟练掌握单片机及其仿真系统的使用方法基础上,综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术等课程方面的知识,设计一个采用 STC89C52 单片机控制的模拟消防救援车。
  根据设计功能,我们可得系统的原理框图如图所示。
  1.3 设计满足的基本功能
  1.通过生命探测模块可以很快的探测到火灾现场中伤员的具体位置,并发出报警,从而实现最快的解救伤员;2.智能消防救援车主要针对那些人难以到达的或者非常危险的灾难现场开展救援工作, 通过火焰传感器探测出火源的具体位置,同时启动水箱灭火;
  3.通过小车上的高清摄像头可以及时的将灾难现场的各种环境情况及时传回营救中心,性能稳定,从而实现盲目性的救援到理性救援的转变。
  2.系统方案选择
  2.1 单片机方案比较与选择
  方案一:采用可编程逻辑器件 CPLD 作为控制器。CPLD 可以实现各种复杂的逻辑功能规模大、 密度高、 体积小、 稳定性高、I/O 资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式,提高了系统的处理速度,适合作为大规模控制系统的控制核心。
  但本系统不需要复杂的逻辑功能, 对数据的处理速度的要求也不是非常高。
  方案二:采用 STC89C52 单片机作为主控制器而用凌阳单片机作为辅助控制器。STC89C52 是一个低功耗,高性能的 51 内核的 CMOS 8 位单片机,片内含 8k 空间的可反复擦些 1000 次的Flash 只读存储器,具有 256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),32 个 IO 口,2 个 16 位可编程定时计数器。且该系列的 51 单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。
  方案选择:通过对两个方案的比较,方案二具有运算速度快,低功耗,足以满足电路的设计,因此我们选用方案二。
  2.2 低功耗系统芯片电源设计方案比较与选择
  方案一:采用常用的线性稳压芯片 7805 组建的电源电路,虽然设计简单,但是功耗高,电压不是非常稳定。
  方案二:采用 TI 公司的 LM2596 芯片组成 5V 的电压电路,功耗低,输出稳定,适合产品要求。
  通过以上两个方案对比,我们最终选择方案二。
  2.3 小车电机方案比较与选择
  方案一:采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位, 可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点,步进电机的输出力矩较低,随转速的升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,其转速较低,不适用于小车等有一定速度要求的系统。
  方案二:采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大,体积小,重量轻,装配简单,使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力,带动变速(减速)齿轮组,可以产生大扭力。
  通过以上两个方案对比,我们最终选择方案二。
  2.4 电机驱动模块方案比较与选择
  方案一:采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,它相应频率高,一片L298N 可以分别控制两个直流电机,而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动,操作方便,稳定性好,性能优良。
  方案二:对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路,结构简单,价格低廉,在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。
  通过以上两个方案对比,我们最终选择方案一。
  2.5 水泵控制模块电路设计
  水泵模块由继电器控制, 当单片机接收到火焰传感器送入的信号时,会导通三极管驱动继电器开启水泵开始喷水灭火。模块具有喷水速度快,范围广的特点。
  2.6 火焰传感器模块电路设计
  火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点, 使用特制的红外线接受管来检测火焰, 然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号,输入到中央处理器中,中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。
  火焰传感器能够探测到波长在 700 纳米~1000 纳米范围内的红外光,探测角度为 60°,其中红外光波长在 880 纳米附近时候的灵敏度达到最大。 远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化,通过 A/D 转换器反映为 0~255 范围内数值的变化。外界红外光越强,数值越小;红外光越弱,数值越大。
  2.7 生命探测模块及报警电路设计
  此电路中当生命探测模块检测到火灾现场中有伤员时, 蜂鸣器会连续发生报警同时 LED 也会报警,从而可以更快的的找到伤员的具体位置,从而实现最快的解救伤员。

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