劉曉娟

晉中學(xué)院，山西晉中，030600

關(guān)于紅外遙控消防小車(chē)的設(shè)計(jì)

劉曉娟

晉中學(xué)院，山西晉中，030600

本文介紹了一種新型的紅外遙控消防小車(chē)，車(chē)體由底座和可以調(diào)節(jié)噴口方向的滅火裝置構(gòu)成。該小車(chē)是基于單片機(jī)的智能自動(dòng)化紅外遙控小車(chē)，由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件電路部分采用AT89C51單片機(jī)作為主控制電路，驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向及避障。該小車(chē)的設(shè)計(jì)可以有效解決火災(zāi)和爆炸等事件中的消防作用，保障了人們的生命安全。

紅外遙控；AT89C51單片機(jī)；消防小車(chē)

火災(zāi)是一種突發(fā)性的災(zāi)難，在城市中發(fā)生的頻率非常高，涉及面之廣、破壞程度之大都被人們所恐懼。消防炮是救災(zāi)滅火中的關(guān)鍵輔助消防設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)使用近距離手動(dòng)操作，其主要缺點(diǎn)是：設(shè)備沉重，需消防隊(duì)員搬運(yùn)至合適地點(diǎn)，增加了消防人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了救災(zāi)效率和質(zhì)量；救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)多為易爆、有毒、高溫、高輻射等危險(xiǎn)環(huán)境，嚴(yán)重威脅隊(duì)員的人身安全。由此，設(shè)計(jì)一輛消防小車(chē)，對(duì)于消防人員救援及被困人員自救顯得尤為重要。本文設(shè)計(jì)的紅外遙控消防小車(chē)改變傳統(tǒng)的滅火方式，通過(guò)紅外線遙控控制消防小車(chē)的行走，它的工作原理主要是通過(guò)電子電路控制各種機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)消防小車(chē)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、避障，滅火器噴嘴的旋轉(zhuǎn)、噴射角度的調(diào)整及開(kāi)啟等各種功能。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

紅外遙控消防小車(chē)車(chē)體分為兩部分，底座部分和滅火器部分。底座部分用來(lái)驅(qū)動(dòng)和支撐車(chē)體，固定電池、轉(zhuǎn)向等其他裝置，底座驅(qū)動(dòng)部分由兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)通過(guò)錐齒輪減速帶動(dòng)同步帶，控制車(chē)體的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。滅火器部分用來(lái)開(kāi)啟滅火器，電動(dòng)機(jī)經(jīng)螺桿傳動(dòng)帶動(dòng)開(kāi)關(guān)螺母底板升降，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，經(jīng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)控制滅火器開(kāi)啟關(guān)閉及水管?chē)婎^的俯仰。

2 單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)

紅外遙控消防小車(chē)使用單片機(jī)，編程完成小車(chē)以下功能：(1)能夠接受并識(shí)別紅外遙控信號(hào)，并根據(jù)此命令動(dòng)作；(2)具有避障功能，當(dāng)探測(cè)到有障礙物時(shí)能夠及時(shí)避開(kāi)；(3)能夠?qū)崿F(xiàn)停車(chē)、倒車(chē)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等功能。

紅外遙控消防小車(chē)使用AT89C51作為主控芯片，使用紅外遙控器，L298驅(qū)動(dòng)電機(jī)，充電鋰電池實(shí)現(xiàn)循跡避障功能。硬件電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)成芯片的使用確保汽車(chē)電路的整體性能穩(wěn)定，充電鋰電池使循跡避障模塊更好執(zhí)行，紅外線遙控器在降低系統(tǒng)成本的基礎(chǔ)上，更多地突出系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。控制電路系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 控制電路系統(tǒng)框圖

之所以選擇紅外遙控裝置，是因?yàn)榧t外遙控技術(shù)，具有極強(qiáng)的抗干擾、穩(wěn)定的信息傳輸能力和低功耗，具有低成本和易于實(shí)施等實(shí)質(zhì)性的優(yōu)點(diǎn)。紅外遙控系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)射遙控器、接收器、單片機(jī)，電路接口組成。紅外遙控發(fā)射器由載波發(fā)射器、指令編碼電路、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路、紅外發(fā)射器電路組成，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 紅外線遙控發(fā)射器結(jié)構(gòu)圖

紅外線遙控接收器由紅外接收電路、前置放大電路、解調(diào)電路、指令譯碼電路、執(zhí)行電路組成。紅外遙控接收器結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：

圖3 紅外線遙控接收器結(jié)構(gòu)圖

紅外線接收器接收到紅外線后，轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)送至前置放大電路放大，再送到解調(diào)電路解調(diào)，然后取出，供給后邊電路控制信號(hào)解碼指令解碼和執(zhí)行電路。

圖4 系統(tǒng)流程圖

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使用L298控制兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。

圖5 循跡避障流程圖

循跡模塊使用超聲波傳感器檢測(cè)障礙物，利用超聲波脈沖發(fā)送到目標(biāo)，計(jì)算往返行程時(shí)間以確定距離。價(jià)格便宜，易于使用，并且低于10m能提供精確的測(cè)量。

超聲波避障模塊使用一個(gè)T / R-40-12小型超聲波傳感器作為檢測(cè)前方障礙物在檢測(cè)器元件，中心頻率為40Hz-40KHz的脈沖信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)送器從40KHz的超聲波發(fā)射脈沖80C51。

3 軟件設(shè)計(jì)

紅外遙控消防小車(chē)采用KEIL編程軟件編程，分為主程序、紅外遙控子程序、障礙物檢測(cè)子程序、循跡檢測(cè)子程序以及紅外發(fā)射程序和紅外接收程序。其中主程序系統(tǒng)流程圖如圖4所示，紅外遙控程序首先要初始化定時(shí)器，定時(shí)為頻率為38KHz的時(shí)間段。當(dāng)按下某一按鍵時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)1，就開(kāi)始工作。同時(shí)定時(shí)器溢出，也就是定時(shí)器記滿了，執(zhí)行定時(shí)器中斷，由此產(chǎn)生了40KHZ的載波信號(hào)，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)0時(shí)，定時(shí)器不工作。

避障和循跡模塊原理相同，使用的是反射光耦，編寫(xiě)的程序相同，系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文中的紅外遙控消防小車(chē)能夠?qū)崿F(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、避障，及滅火器開(kāi)啟關(guān)閉與水管?chē)婎^的俯仰。本消防小車(chē)的設(shè)計(jì)適用于火災(zāi)、爆炸等高危環(huán)境，為消防人員的救援及家庭成員的自救提供工具，充分保障了人們的生命安全。

[1]翟祥林,王景成.紅外遙控在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)[J].微型電腦應(yīng)用.2010(05):24-26.

[2]汪瑋.一種紅外遙控鍵盤(pán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].今日電子.2014(02):57-59.

劉曉娟/1986年生/女/山西平遙人 /碩士/助教/研究方向?yàn)闄C(jī)械工程