基于HT46RU232單片機智能滅火小車系統設計與實現

萬 軍，呂值敏

（重慶科創職業學院 機電工程學院，重慶 402160）

基于HT46RU232單片機智能滅火小車系統設計與實現

萬 軍，呂值敏

（重慶科創職業學院 機電工程學院，重慶 402160）

本項目是基于HT46RU232系列單片機設計的智能尋跡避障小車滅火系統，通過紅外發光管發射紅外線光照射路面，黑色與白色具有不同的反射強度，利用紅外接收管可以檢測到這些信息。讀取到光電傳感器的信息后就可以判斷出小車前方道路相對車身的位置，并做出準確的行駛判斷當生產現場環境惡劣時，人工不能完成的任務如物料運輸和裝卸等，均可采用智能小車完成相對應的任務。

HT46RU232單片機；尋跡；避障；滅火

我國交通事故的死亡率非常高，給社會和家庭帶來了巨大的損失和災難，在這其中有許多事故是可以避免的。本設計就是針對該現狀而設計的，能在一定程度上避免災難事故的發生。所設計制作的單片機智能尋跡避障小車以單片機HT46RU232為控制核心，采用L298N芯片驅動電機，以多個傳感器作為小車的信息采集系統，可以實現聲光報警、LCD1602液晶顯示狀態、無線火災檢測信號發送、小車定點滅火、尋跡避障等功能。該小車系統，小巧方便，人機交互性好，可提高勞動生產效率，改善勞動環境等實用價值。該小車系統采用了穩定度高的紅外傳感器作為避障檢測，遇到障礙可以自動地調整方向。本系統也可以應用于工業自動化和無人駕駛的觀光旅游車，因為本系統還有尋跡功能，可以按預先設定的軌跡運行，當偏離軌跡時會自動尋找、調整方向，在實際生產生活運用過程當中，具有很高的商業價值。在本系統的研究開發上，增添了無線感應火災地點且可以定點滅火，此項功能是在尋跡避障的基礎之上的又一大亮點，并且可應用在實際的生產生活當中，例如機車頭燈的自動尋跡、工廠自動化控制、倉庫管理、智能玩具和民用服務等領域，具有較大的商業價值。

一、系統原理分析

本項目是基于HT46RU232系列單片機設計的智能尋跡避障小車滅火系統，通過紅外發光管發射紅外線光照射路面，黑線與白線具有不同的反射強度，利用紅外接收管可以檢測到這些信息。讀取到光電傳感器的信息后就可以判斷出小車前方道路相對車身的位置，并做出準確的行駛判斷。如果在行駛過程當中檢測到障礙時，紅外光敏二極管接收到反射回來的紅外光，其輸出立即發生高低電平轉換，該信號經放大器放大后送到單片機進行分析比較。然后將處理后的結果送到電機驅動模塊，進行校正，控制其向左轉，向右轉和后退。小車在行駛時，如果天線接收到了某點發生火災信號后，小車會自動根據火災的具體位置前行到火災發生處，并通過小水泵進行自動的噴水滅火處理。

二、智能尋跡避障滅火小車系統的設計

1.系統概述

該系統主要有HT46RU232單片機、紅外避障傳感器、紅外尋跡傳感器、電機驅動IC、1602顯示器、滅火水泵等。電路框圖如圖1所示。

2.硬件組成

包括：尋跡模塊、避障模塊、穩壓電源模塊、電機驅動模塊、1602顯示報警模塊、滅火電路。

（1）尋跡模塊

尋跡模塊如圖2所示。根據傳感器的電壓大小確定各傳感器與黑線軌跡大概位置，進而獲得車身縱軸線相對路徑標記線的位置，得到連續分布的路徑信息。根據前排5個傳感器的信息得出車身相對軌跡的位置，通過軟件來控制電機的轉角，實現小車沿著軌跡運動。

圖1 系統框圖

圖2 尋跡模塊

（2）避障模塊

避障與尋跡的設計原理是相同的，區別在于傳感器的靈敏度不同，避障傳感器的靈敏度要比尋跡的靈敏度高。在避障模塊中，只要小車前方有障礙物，紅外線通過避障物反射到光敏管，傳感器輸出低電平，送到單片機進行處理，單片機處理后驅動LM298N去控制小車運行的方向，從而起到避障的效果。在實際制作時，為了使系統穩定，采用的是光電一體化避障傳感器E18-D80NK，該傳感器具有很高的穩定性，使小車的行進更加穩定。

（3）穩壓電源模塊

任何一個電子設備要正常工作，電源是必不可少的一個部分。電源要為系統提供電壓穩定功率足夠的能量。本作品內部共用到3個直流減速電機，這無疑增加了系統的功耗，該系統采用直流供電。用LM7805三端穩壓器作為穩壓模塊。穩壓電源模塊如圖3所示。

圖3 穩壓電源模塊

圖4 LM298N電機驅動模塊

（4）電機驅動模塊

本設計為了使電路簡單可靠，采用了集成塊LM298N作為電機驅動，LM298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS。4腳VS接電源電壓，1腳和15腳下管的發射極分別單獨引入以便電流采樣電阻，形成電流傳感信號。內部集成了4通道邏輯驅動電路，可以方便的驅動兩個直流電機。同時芯片還有使能端，容易控制而且穩定。LM298電路圖如圖4所示。

（5）1602顯示報警模塊

本作品顯示報警模塊是采用1602液晶屏顯示器，它可以顯示小車的行駛狀態，團隊編號等。當小車在行駛過程中遇到障礙時，對應的障礙指示燈會點亮，蜂鳴器會發出報警響聲同時顯示器會顯示出小車的行駛狀態。LCD1602電路圖5如下。

（6）滅火電路

滅火電路的設計在本作品上是單獨采用的電機驅動小水泵進行工作的。在小車的無線監測裝置檢測到有火災發生時，會把火災信號發出，小車接收到后，會自動到達指定的火災發生處，并驅動電機快速轉動水泵進行滅火。火災被撲滅后，電機停止轉動，水泵不工作，小車會沿原路返回并等待。

圖5 1602顯示單元

圖6 系統軟件流程圖

3.軟件部分

軟件設計在HT-IDE集成開發環境中完成，運用C語言進行程序的編譯與調試。軟件開發采用的是模塊化編程的方式，重點在于對傳感器信號的檢測數據的采集和處理。在所有模塊測試完全正確后以HT46RU232單片機為控制核心，連接所有模塊硬件電路，燒錄完整程序進行整機測試。系統軟件流程圖如圖6所示。

三、系統測試

1.測試環境

傳感器需供電5v、電機需供電6v、單片機供電5v、鋪在普通平坦地面上的白紙黑線、用于避障的障礙物、火災裝置等。

2.測試方法步驟

（1）將小車置于鋪有白紙黑線的平坦地面上，接通各模塊電源，開始調試。

（2）觀察液晶顯示器的顯示狀態及蜂鳴器的發生情況。

（3）閉合總電源開關，讓小車在規定的軌跡上沿著預先設定的黑線做尋跡行駛（前進、左轉、右轉、調頭、停止等）處理。

（4）小車在尋跡行駛過程中，在黑線上放置障礙和放置障礙在黑線旁邊。或者單獨設置障礙讓小車做避障處理。

（5）將無線火災檢測裝置電源打開，設置人為火災，觀察小車的狀態。

3.測試結果

系統測試結果表明，系統的各個模塊運行正常。小車能夠做出正常的尋跡避障處理，且在小車運行過程當中顯示器能夠顯示出正確的運行狀態，遇見障礙物蜂鳴器能發生報警。根據火災在黑線上的發生地點，小車能夠找出具體位置并滅火成功。各設計滿足要求，測試結果運行正常。

四、結語

本系統是利用HT46RU232系列單片機作為控制核心，把尋跡模塊、避障模塊、穩壓電源模塊、電機驅動模塊、1602顯示報警模塊、滅火模塊等有機地結合起來，加上PID控制算法，經過反復的試驗，智能尋跡避障小車系統才研究成功。在調試參數、軟件編程的過程中，遇到了許多的困難，也想了很多的解決辦法不斷運行調試，最終才把參數調試、軟件編程、硬件調試等問題全部解決，基于單片機的智能避障系統才設計完成并成功實現各種功能。

本系統特色在于成本低，穩定性好，作為一個簡單基礎的平臺，可以廣泛應用于現在的交通、工業等無人控制領域，具有很高的研究和商業價值。

［1］張鵬. HOLTEK HT46系列單片機C語言實例教程［M］. 北京：北京郵電大學出版社，2010.

［2］譚浩強.C程序設計（第4版）［M］. 北京：清華大學出版社，2010.

［3］胡曉光.數字電子技術基礎［M］. 北京：高等教育出版社，2010.

［4］童詩白.模擬電子技術基礎（第四版）［M］. 北京：高等教育出版社，2006.

［5］吳光杰，王海寶.傳感器與檢測技術［M］. 重慶：重慶大學出版社，2014.

［6］王曉紅.傳感器應用技術［M］. 北京：清華大學出版社，2014.

Tracing Obstacle Avoidance Extinguishing Trolley System Design and Implementation Based on HT46RU232 Intelligent Microcontroller

WAN Jun，LV Zhi-min

（Chongqing Creation Vocational College， Chongqing， 402160， China）

This project is designed based on HT46RU232 series single chip microcomputer intelligent tracing obstacle avoidance car fire extinguishing system， the transmission infrared light by infrared light-emitting tube road， black and white have different reflection intensity， this information can be detected by infrared receiving tube. After reading the information of photoelectric sensor can determine the way forward relative to the location of the car body， car driving and make an accurate judgment when production site conditions， human can't accomplish tasks such as material handling， loading and unloading， all smart car can be used to complete the corresponding task.

HT46RU232； tracing； avoidance； extinguishing

TP273+.2

A

1008—6129（2015）03—0086—04

（責任編輯 王傲冰）

2015—04—16

萬軍（1976—），四川廣安人，重慶科創職業學院機電工程學院，講師。