关于红外遥控消防小车的设计

2016-04-22刘晓娟

工业设计 2016年3期

关键词：循迹灭火器红外线

刘晓娟

晋中学院，山西晋中，030600

关于红外遥控消防小车的设计

刘晓娟

晋中学院，山西晋中，030600

本文介绍了一种新型的红外遥控消防小车，车体由底座和可以调节喷口方向的灭火装置构成。该小车是基于单片机的智能自动化红外遥控小车，由硬件和软件两部分构成，硬件电路部分采用AT89C51单片机作为主控制电路，驱动小车前进、后退、转向及避障。该小车的设计可以有效解决火灾和爆炸等事件中的消防作用，保障了人们的生命安全。

红外遥控；AT89C51单片机；消防小车

火灾是一种突发性的灾难，在城市中发生的频率非常高，涉及面之广、破坏程度之大都被人们所恐惧。消防炮是救灾灭火中的关键辅助消防设备，现场使用近距离手动操作，其主要缺点是：设备沉重，需消防队员搬运至合适地点，增加了消防人员的劳动强度，降低了救灾效率和质量；救灾现场多为易爆、有毒、高温、高辐射等危险环境，严重威胁队员的人身安全。由此，设计一辆消防小车，对于消防人员救援及被困人员自救显得尤为重要。本文设计的红外遥控消防小车改变传统的灭火方式，通过红外线遥控控制消防小车的行走，它的工作原理主要是通过电子电路控制各种机械传动来实现消防小车的前进、后退、转向、避障，灭火器喷嘴的旋转、喷射角度的调整及开启等各种功能。

1 结构设计

红外遥控消防小车车体分为两部分，底座部分和灭火器部分。底座部分用来驱动和支撑车体，固定电池、转向等其他装置，底座驱动部分由两个主电动机通过锥齿轮减速带动同步带，控制车体的前进、后退和转向。灭火器部分用来开启灭火器，电动机经螺杆传动带动开关螺母底板升降，将旋转运动变为直线运动，经导杆机构控制灭火器开启关闭及水管喷头的俯仰。

2 单片机硬件设计

红外遥控消防小车使用单片机，编程完成小车以下功能：(1)能够接受并识别红外遥控信号，并根据此命令动作；(2)具有避障功能，当探测到有障碍物时能够及时避开；(3)能够实现停车、倒车、左转、右转等功能。

红外遥控消防小车使用AT89C51作为主控芯片，使用红外遥控器，L298驱动电机，充电锂电池实现循迹避障功能。硬件电路相对比较简单，现成芯片的使用确保汽车电路的整体性能稳定，充电锂电池使循迹避障模块更好执行，红外线遥控器在降低系统成本的基础上，更多地突出系统的可扩展性。控制电路系统框图如图1所示。

图1 控制电路系统框图

之所以选择红外遥控装置，是因为红外遥控技术，具有极强的抗干扰、稳定的信息传输能力和低功耗，具有低成本和易于实施等实质性的优点。红外遥控系统由一个发射遥控器、接收器、单片机，电路接口组成。红外遥控发射器由载波发射器、指令编码电路、调制电路、驱动电路、红外发射器电路组成，结构图如图2所示。

图2 红外线遥控发射器结构图

红外线遥控接收器由红外接收电路、前置放大电路、解调电路、指令译码电路、执行电路组成。红外遥控接收器结构图如图3所示：

图3 红外线遥控接收器结构图

红外线接收器接收到红外线后，转化成电流信号送至前置放大电路放大，再送到解调电路解调，然后取出，供给后边电路控制信号解码指令解码和执行电路。

图4 系统流程图

电机驱动模块使用L298控制两个电机的正反转和电机转速的改变。

图5 循迹避障流程图

循迹模块使用超声波传感器检测障碍物，利用超声波脉冲发送到目标，计算往返行程时间以确定距离。价格便宜，易于使用，并且低于10m能提供精确的测量。

超声波避障模块使用一个T / R-40-12小型超声波传感器作为检测前方障碍物在检测器元件，中心频率为40Hz-40KHz的脉冲信号，用于驱动超声波传感器发送器从40KHz的超声波发射脉冲80C51。

3 软件设计

红外遥控消防小车采用KEIL编程软件编程，分为主程序、红外遥控子程序、障碍物检测子程序、循迹检测子程序以及红外发射程序和红外接收程序。其中主程序系统流程图如图4所示，红外遥控程序首先要初始化定时器，定时为频率为38KHz的时间段。当按下某一按键时，发送数据1，就开始工作。同时定时器溢出，也就是定时器记满了，执行定时器中断，由此产生了40KHZ的载波信号，当发送数据0时，定时器不工作。

避障和循迹模块原理相同，使用的是反射光耦，编写的程序相同，系统流程图如图5所示。