智能消防小车的设计

赵玲峰，张俊翔，李纪宁，纪正东

（广西大学行健文理学院，南宁，530005）

智能消防小车的设计

赵玲峰，张俊翔，李纪宁，纪正东

（广西大学行健文理学院，南宁，530005）

本智能电动消防车以硬化塑料为底盘，以STC89C52单片机为控制核心，配合L298N电机驱动模块以及火焰传感器，合理的利用了整个芯片以及各个部件的综合性能，采用火焰传感器对蜡烛进行探测，将信息反馈到单片机上从而利用水瓶灭火。

单片机；热能跟踪；灭火

随着科技的快速发展，国内外对小型智能系统的应用越来越广泛，种类也越来越多。本题目就是结合有关科研项目而确定的设计类课题，所设计的智能寻迹灭火小车应能够实现自动发现火源、自动寻迹、自动前进接近火源并完成灭火任务的功能。本设计通过采用STC89C52单片机为控制核心，实现对小车的智能控制。该控制系统不仅在智能小车中有很强的实用价值，在汽车应用、智能机器人等方面都有很强的实用价值，尤其是在机器人研究方面具有很好的发展前景。所以本设计与实际相联系，具有重要的现实意义。

1　设计方案

采用塑料车板为车模。通过小车原地旋转探测火源信息反馈到STC89C52单片机，单片机控制以L298N芯片为主的驱动电路向火源方向前进并进行灭火，即自动探测火源，智能灭火。根据智能消防车方案的设计，智能车共包括四个传感器模块、STC89C52模块、驱动模块、电源模块等四个模块。系统硬件结构如图1所示。

图1　系统硬件结构图

2　系统各模块实现简介

2.1传感器模块

传感器模块为火焰传感器。火焰传感器负责感知外部世界的火源信息，为智能车实现智能灭火提供所需的信息。火焰探测器会自动探测小车前方是否有火源，然后把对应的信号以高低电平的形式传送给CPU。红外探测器能够自动正确、快速地感应火源，其灵敏度可调，性能好，可靠行高，而且灵活方便。该火焰传感器可以检测火焰或者波长在760纳米～1100纳米范围内的光源，打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远，探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏。小板输出接口可以与单片机IO口直接相连传感器与火焰要保持一定距离，以免高温损坏传感器，对打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远。

2.2控制器模块

STC89C52单片机是整个小车系统的核心，其对各种输入信号进行处理和分析，并作出相应的控制。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

2.3电源模块

把电压为7.2V的电池经7805稳压后，其电路图如下：稳压后可以完成如下功能：经过稳压芯片7805稳压后，输出5V电压以驱动单片机工作，同时经过稳压芯片7稳压后，输出5V电压以对火焰传感器供电，电源设计图如图2所示。

图2　电源设计原理图

2.4驱动模块

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，L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；电路简单，使用比较方便。

2.5灭火模块

如图3所示，灭火风扇的驱动由5v电源供电。利用三级管的开关应用，实现单片机控制风扇转停。当单片机给低电平时，风扇开始转动吹灭火焰，否则不转。

图3　灭火风扇原理图

3　程序实现

为了体现程序的模块性和可移植性，把程序分成各个模块进行分别处理，而各模块也有相应的形参做为接口，可以做到可移植性，通用性。程序上电运行后，便进行单片机的初始化。初始化的工作包括有两部分，一部分是对于单片机各个应用到的模块进行初始化。第二部分是应用程序初始化，是对于智能消防车控制程序中应用到的变量值进行初始化。 初始化完成后，进入火源方向探测程序。该程序通过火焰传感器精确得到火源方向以及车离火源的距离。程序在主循环中不停地监控数据。灭火电机上电喷水灭火。程序流程图如图4所示。

4　结语

本文设计的小车的特点能实现自动寻路找到火源，灭火全程均为自动，不需要人员干扰、遥控。但由于火焰传感器的检测角度为60度，并不能在安全区检测到整张地图，所以对于火源的位置有一定的局限。解决这一问题可以使用多个远红外火焰传感器排列成一定角度，实现对全地图的检测。本文设计的智能小车有一定的现实意义和市场价值。

图4　程序流程图

［1］翟玉文.梁伟.艾学忠.电子设计与实践［M］.北京：中国电力出版社，2005.256-257.

［2］张景元.基于单片机的多用途定时器的设计与实现［J］.电子工程师，2000年第8期22-31.

［3］张专成.赵怀勋.单片机测控系统中的监视定时器［J］.武警技术学院学报，Mar 1997.

［4］冯成龙.传感器应用技术项目化教程.北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2009.7

Design of intelligent fire fighting vehicle

Zhao Lingfeng，Zhang Junxiang，Li Jining，Ji Zhengdong
（Guangxi University XingJian College of Science and Liberal Arts，530005）

The intelligent electric vehicle to fire hardened plastic chassis，STC89C52 microcontroller to control the core，with the L298N motor drive module and flame sensor，reasonable use of the comprehensive performance of the whole chip and each component，using flame sensor to detect the candle，feedback to the microcontroller to use fire extinguisher bottle.

single chip microcomputer；heat tracing；fire extinguishing

广西大学生创新创业计划项目、广西大学行健文理学院大学生创新创业计划项目