消防智能電動(dòng)車設(shè)計(jì)現(xiàn)狀研究

尚學(xué)偉

（漢口學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢　430212）

消防智能電動(dòng)車設(shè)計(jì)現(xiàn)狀研究

尚學(xué)偉

（漢口學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢430212）

文章充分考慮消防智能電動(dòng)車的成本、性能和拓展性因素，設(shè)計(jì)出基于C8051F410單片機(jī)的消防智能電動(dòng)車，并根據(jù)實(shí)際使用情況對(duì)其加以改進(jìn)，以期提高火災(zāi)救援的安全性。文章從消防智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)和消防智能電動(dòng)車的優(yōu)缺點(diǎn)方面，對(duì)消防智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行了研究。

人工智能；消防智能電動(dòng)車；C8051F410單片機(jī)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1　消防智能電動(dòng)車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在控制器的選擇上，應(yīng)該選擇具有高精度24.5MHz內(nèi)部振蕩器的C8051F410單片機(jī)，有24個(gè)I/O口，具有低功耗的特點(diǎn)，并且能夠使得供電電壓達(dá)到2.0～5.25進(jìn)行大范圍供電，這對(duì)消防智能電路提供了有利的條件，該控制器性能良好，不僅具有8路10位ADC，還有4路PWM，為消防智能電動(dòng)車的使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在車體選擇上，可以選擇電動(dòng)車左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，后方的萬向輪轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)方案，當(dāng)兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速相同時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)消防智能電動(dòng)車原地旋轉(zhuǎn)的目的，使得消防智能電動(dòng)車能夠在坐標(biāo)不變的情況下進(jìn)行90°甚至是180°轉(zhuǎn)彎。在動(dòng)力方案的選擇上，應(yīng)該使用步進(jìn)電機(jī)作為消防智能電動(dòng)車系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣能精確的計(jì)算出電動(dòng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，實(shí)現(xiàn)消防智能電動(dòng)車的精準(zhǔn)定位，準(zhǔn)確的駛向火源。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案的選擇上，應(yīng)該選用專用的L298N芯片作為電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片具有高電壓、大電流、高頻率的特點(diǎn)，可用作兩個(gè)二相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和一個(gè)四相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，輸出電壓可以高達(dá)50V，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且電路比較簡(jiǎn)單，使用很方便。在交點(diǎn)及黑線檢測(cè)方案的選擇上，可以使用RP220型光電對(duì)管，這是一種反射型光電探測(cè)器，接收器具有很高的靈敏度，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，使用此光電對(duì)管進(jìn)行電路調(diào)整十分簡(jiǎn)單，并且具有工作性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。在電源模塊的選擇上，可以使用12V的蓄電池為消防智能電動(dòng)車系統(tǒng)進(jìn)行供電，其驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，輸出電壓穩(wěn)定，這種供電方式能使單片機(jī)和傳感器穩(wěn)定工作，并且電池的體積很小，能夠充分滿足消防智能電動(dòng)車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。在避障模塊的選擇上，可以使用紅外光電開關(guān)進(jìn)行避障，該開關(guān)的工作原理是將投光器發(fā)出的光束，經(jīng)過物體阻斷或部分反射后，受光器對(duì)此進(jìn)行判斷并作出反應(yīng)。E3F-DS10C4光電開關(guān)的操作非常簡(jiǎn)單，有光線反射回來時(shí)，就輸出低電平；沒有光線反射回來，就輸出高電平，該避障模塊適用于復(fù)雜的環(huán)境，能夠檢測(cè)復(fù)雜的障礙物，為消防工作的開展提供了有利的條件。

2　消防智能電動(dòng)車硬件設(shè)計(jì)

在消防智能電動(dòng)車硬件設(shè)計(jì)中，可以將木模塊安裝在電動(dòng)車側(cè)面的傳感器上，并用黑色塑封管將其封好，讓傳感器只接受一條直線上的光，并在消防智能電動(dòng)車車頂安裝一個(gè)火焰?zhèn)鞲袡z測(cè)環(huán)境光，并使用LM358運(yùn)算放大器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，有效實(shí)現(xiàn)電壓比較器的功能，當(dāng)檢測(cè)到有火災(zāi)情況時(shí)，就會(huì)輸出高電平，從而觸發(fā)C8051F410單片機(jī)終端，啟動(dòng)滅火程序進(jìn)行火災(zāi)救援。當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到光線突增時(shí)，火焰?zhèn)鞲衅髂軌蚓珳?zhǔn)的進(jìn)行火源定位，消防智能電動(dòng)車就會(huì)自動(dòng)駛向火源，并在距離火源5cm的地方開啟滅火程序進(jìn)行火災(zāi)救援。消防智能電動(dòng)車中使用到的步進(jìn)電機(jī)，主要作用是將電脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘呔€位移形式的開環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)。在消防智能電動(dòng)車使用的過程中，電機(jī)非超載情況下的轉(zhuǎn)速、停止位置是由脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)決定的，并且負(fù)載變化不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是以固定角度運(yùn)行的，在使用的過程中可以對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行控制，進(jìn)一步進(jìn)行角位移量控制，實(shí)現(xiàn)消防智能電動(dòng)車的精準(zhǔn)定位，同時(shí)還可以對(duì)脈沖頻率進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和加速度的控制，達(dá)到智能調(diào)速的目的。

3　消防智能電動(dòng)車軟件設(shè)計(jì)

為了有效克服消防智能電動(dòng)車機(jī)器語言的缺點(diǎn)，可以使用英文字條來代替機(jī)器語言，即使用匯編語言，消防智能電動(dòng)車軟件設(shè)計(jì)人員必須對(duì)C8051F410單片機(jī)硬件有深入的了解，使得匯編語言中的助記符指令和消防智能電動(dòng)車機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)，提高匯編語言編寫消防智能電動(dòng)車軟件程序的效率，縮小其存儲(chǔ)空間，加快運(yùn)行速度，使用匯編語言編寫出最佳的軟件程序。在消防智能電動(dòng)車工作的過程中，可以使用匯編程序?qū)τ布O(shè)備進(jìn)行直接管理，它能及時(shí)處理中斷問題，也能直接進(jìn)行I/O接口電路和存儲(chǔ)器訪問。匯編語言和機(jī)器語言的使用都建立在具體機(jī)器硬件上的，但是二者均是面向機(jī)器的語言，缺乏良好的通用性。國(guó)際上運(yùn)用最多的計(jì)算機(jī)語言就是C語言，這是一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語言，可用來寫系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，C語言功能全面，具有很強(qiáng)的表達(dá)能力，應(yīng)用面很廣，且使用起來靈活方便。C語言的目標(biāo)程序效率很高，具有良好的可移植性特征，同時(shí)具備了高級(jí)語言的有點(diǎn)和低級(jí)語言的特點(diǎn)，C語言很適合編寫消防智能電動(dòng)車系統(tǒng)軟件，從根本上實(shí)現(xiàn)了消防電動(dòng)車的智能化和自動(dòng)化，使得火災(zāi)救援更及時(shí)、更安全，降低了火災(zāi)對(duì)人們財(cái)產(chǎn)和生命安全的危害。

4　消防智能電動(dòng)車的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）消防智能電動(dòng)車的優(yōu)點(diǎn)。該消防智能電動(dòng)車車體在設(shè)計(jì)的過程中采用了組狀零件設(shè)計(jì)法，并將其組裝為三層，最上面的一層是最小系統(tǒng)和下載板的合成，可以將這一層換成電池層板，這樣能使消防智能電動(dòng)車的整體樣式更加大方、美觀。消防智能電動(dòng)車的車體較小，適合轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)軟件程序還可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)間記憶，根據(jù)軟件記憶的事件選擇最短的路徑，在消防智能電動(dòng)車上預(yù)留一個(gè)拓展口，實(shí)現(xiàn)無線遙控模塊PT2262和PT2272的連接，使得消防智能電動(dòng)車具備無線遙控功能。消防智能電動(dòng)車還預(yù)留了反相器，并使用分立原件和光電隔離器進(jìn)行正確搭接，這為黑線檢測(cè)擴(kuò)展中使用高低電平轉(zhuǎn)換模塊提供了有利的條件。

（2）消防智能電動(dòng)車的缺點(diǎn)。在設(shè)計(jì)消防智能電動(dòng)車的過程中，采用的光電反射開關(guān)不受外界干擾，并使用蓄電池作為步進(jìn)電機(jī)的電源，這樣能取得良好的使用效果，但是卻大大增加了消防智能電動(dòng)車的硬件成本，使得消防智能電動(dòng)車的總成本增大，沒有體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性特征，無法實(shí)現(xiàn)消防智能電動(dòng)車的普及。

5　結(jié)語

消防智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)使得基礎(chǔ)的功能器件在火災(zāi)發(fā)生時(shí)都能發(fā)揮自己的作用，在實(shí)際生活中，可以根據(jù)不同情況對(duì)消防智能電動(dòng)車進(jìn)行改裝，從而達(dá)到不同的火災(zāi)檢測(cè)效果和消防效果，這樣能使消防電動(dòng)車的功能更加全面，更好地作用于各種不同情況的火災(zāi)救援中，提高消防智能電動(dòng)車的適用性，選取性價(jià)比最高的硬件設(shè)備，提高消防智能電動(dòng)車的經(jīng)濟(jì)性，為火災(zāi)救援工作的開展提供有利的幫助并節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

［1］曹煒，肖明清，李繼平，等.基于C8051F410的精確信號(hào)模擬電路設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2009，（9）：1-4.

［2］王忠飛，胥芳.MCS-51單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

Current design situation of fire fighting intelligent electric vehicle

SHANG Xue-wei
（School of Mechanical and Electrical Engineering，Hankou College，Wuhan，Hubei 430212，China）

Considering the cost，performance and the expansion factors of fire electric smart cars，this paper designs an intelligent fire electric vehicle based on C8051F410 MCU and improves the vehicle according to the actual situation，in order to improve the security of fire rescue.From the aspects of advantages and disadvantages of intelligent electric vehicle design and fire control of intelligent vehicles，the status of fire smart electric car design is studied.

Artificial intelligence；fire fighting intelligent electric vehicle；C8051F410 single chip microcomputer；system design

TP18

A

2095-980X（2016）04-0058-02

2016-03-25

尚學(xué)偉（1993-），男，湖北黃岡人，大學(xué)本科，主要研究方向：機(jī)械電子。