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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作点阵电子显示屏制作目录 摘 要41：方案论证与比较511控制器部分512 数据存储器513 亮度连续可调614 显示屏驱动电路的选择615 键盘的选择716 串行口的选择72系统的具体设计与实现721系统总框图722 硬件部分8221 采用16个LED8*8显示屏，构成16行*64列点阵显示8222 LED显示屏驱动电路9223亮度连续可调10224 刷新频率的计算10225 键盘1023 软件方面11231 主程序的流程图11232 按键程序12233 行列的扫描13234 人机交互143测试、结果及分析1531基本功能1532 发挥功能
2、部分1533 其他发挥部分1534刷新频率的测试1535 按键的结果测试164总结16参考资料：16摘 要本设计使用ARM2138开发板作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16*64的点阵LED显示屏。利用ARM本身强大的功能和大容量的内部存储，可以很方便的实现ARM与PC机和SD卡等外围存储设备的数据传输，并能利用软件方便的进行显示内容的多样变化，另一方面点阵显示屏广泛的应用于医院、机场、银行等公共场所，所以本设计具有很强的现实应用性。AbstractARM2138 used as a main controller design and use of simple external c
3、ircuit to drive 16*64 the lattice LED display. ARM itself using powerful functions and capacity of internal storage, it is easy to realize the ARM and PC and SD card for external storage, data transmission equipment and the ability to use the software for the convenience of a variety of content chan
4、ges, the other dot matrix display widely used in hospitals, airports, banks and other public places. Therefore, the design has a strong practical application.1、方案论证与比较11控制器部分方案一 采用常用的89C51控制。技术比较熟练，应用广泛，现在的51系列技术硬件发展的也非常得快，也出现了许多功能非常强大的单片机，因此使用单片机可以实现要求的基本功能。但是为了实现多组预存信息,必须外加具有掉电存储功能的EEPROM,这增加了系统的复
5、杂程度。而且在执行动态刷新的时候读取EEPROM的速度慢，刷新频率受到限制。下面是简单的用单片机处理的框图（图1）。图1方案二 应用ARM，ARM是一种功耗很低的高性能处理器，技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。方便、安全、高效。作为嵌入式领域中最为广泛使用的32位处理器结构体系，ARM已经成为多个应用领域的标准CPU。ARM处理器技术正在成为多数嵌入式高端应用开发的首选。ARM2138芯片具有高达32KB的内存作为数据的缓冲区，因此能够实现非常快的读取速度。并具有丰富的I/O资源，而且其外围电路简单,在片内即可实现所有控制。简化了整个系统的复杂程度.通过比较，我们选择方案二。12 数据存储
6、器方案一 非易失性记忆体掉电后数据不丢失。可是所有的非易失性记忆体均源自ROM技术。只读记忆体的数据是不可能修改的。所有以它为基础发展起来的非易失性记忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包括EPROM（现在基本已经淘汰）,EEPROM和Flash，它们存在写入数据时需要的时间长，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。方案二 选用SD卡，其利用记忆性半导体进行存储,具有大容量、高速度、非易失性、可在线擦写特性的存储器。而且具有成熟的SPI协议来实现与ARM的连接.很容易实现与ARM的数据交互传递,而且使用SD卡可以实现脱机使用与存储.在更新显示信息的时候,只需要用SD卡传递.而不需要连机,更新信息方便
7、快捷,更加有利于实际应用。基于以上各种对比,我们选用方案二。13 亮度连续可调方案一 通过在软件中调节刷新频率。刷新频率高的时候,连续点亮的时间短,显示屏亮度低,当刷新频率调低时,连续点亮的时间延长,显示屏变亮。因此通过调节占空比来实现显示屏亮度的调整。但是由于软件调节亮度变化不连续.不能实现连续的亮度调节。并且会出现闪烁。调节的效果不明显，故不采用此方案。方案二 通过调节电位器来改变电压,实现亮度的调节。调节电位器实现线形电压调整,从而控制三极管使显示屏压降发生改变。从而达到连续调节亮度的目的。电位器的调节范围较大，因此用此方法来调节。 14 显示屏驱动电路的选择方案一 在禁止使用专用的LE
8、D控制芯片的情况下采用通用芯片74LS595，其具有8位锁存、串并移位寄存器和三态输出，可以用它的锁存功能实现硬件电路对数据的刷新。但是需要更多的控制信号，而且芯片的级联不方便。方案二 由于ARM提供了足够的内存来做为数据缓冲区对显示数据进行存储，我们可以用移位寄存器74HC164和译码器74HC138来实现LED点阵显示的行列控制.其特点是控制信号简单，级联方便，芯片数量少。综合考虑，我们采用方案二。15 键盘的选择方案一 采用专门的键盘芯片7289,其可用很少的接口来扩展更多的键盘，能够外接8个LED，64个按键。但是在本系统中只是使用较少的按键，而且ARM有丰富的I/O口资源，因此使用7
9、289会浪费按键资源，增加成本。方案二 利用I/O口直接连接的独立式键盘,每键都有相应的I/O口对应,编程容易控制.实现方便.又因为ARM有足够的I/O口资源.可使用独立式键盘。因此方案二为最佳方案。16 串行口的选择方案一 采用RS485来进行长距离（1200M）的传输，RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用.但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障而且总线本身存在许多的局限性，效率低，实时性差，通信的可靠性低，应用不灵活。方案二 采用RS232来进行串行的传输, 用串
10、行通讯的好处是简单，抗干扰性强.由于本系统设有SD卡存储器,因此不需要远距离传输,因此RS232已经足够满足要求。并且可直接和PC机接口，不用外加协议转换电路。综上所述，方案二比较合理。2、系统的具体设计与实现21系统总框图点阵显示屏控制电路ARM （LPC2138） PC机SD卡 SPI串口键盘模块/指示灯图2整个系统以ARM(LPC2138)为控制中心如上图2所示,系统主要通过SPI协议来外接入SD卡存储器,实现数据存储量的扩展。通过ARM控制器发出的信号使LED矩阵驱动电路驱动LED点阵显示屏。通过键盘电路控制ARM输出数据的变化。通过RS232的串行口来实现ARM与PC上位机的通讯。整
11、个电路由+5V的电源模块供电。22硬件部分221 采用16个LED8*8显示屏，构成16行*64列点阵显示点阵显示屏由16个88点阵LED显示模块。16片88点阵LED显示模块利用总线形组成一个1664的LED点阵，用于同时显示4个1616点阵汉字或8个168点阵的字母字符或数字。单元显示屏可以接收来自控制器（主控制电路板）或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示板可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的显示内容。222 LED显示屏驱动电路采用74HC138三-八译码器和74HC164移位寄存器。将从AR
12、M里出来的列信号通过8个164级联而成的64位的信号输出端连接到16*64的点阵LED的输入端，作为点阵的行驱动信号。通过164移位这64位的信号，来控制显示内容的变化。再从ARM输出三个信号分别输入到2个级联的74HC138译码器，然后输出16位行信号，经过16个1K的电阻，再输入到16个PNP（8550）三极管的B极来进行对行信号的放大，其中所有的三极管的E极相连接+5V的电源，所有的C极接16个470欧姆的电阻，得到的信号作为点阵LED 的行输入信号。通过对138的三个输入信号进行控制，改变行信号。由138和164的信号，控制二极管的亮、灭来显示出所要求的字符、汉字。行驱动电路：每个LE
13、D管亮需要7mA的电流，那么64个同时亮就需要448mA的电流，所以我们要对列进行驱动，我们采用晶体管8550对列信号进行放大，使LED点阵能够正常显示。其驱动电路如下图3： 图3列驱动电路：此电路是由集成电路74HC164构成的，它具有一个8位串入并出的移位寄存器，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。电路图如图4。图4223亮度连续可调用一个10K的电位器和KSB834的三极管组成，可以对LED的压降进行调节，以到达连续改变亮度。此是作为对亮度的调节的方法。224 刷新频率的计算根据人眼的视觉的暂留特性，50HZ是适宜的刷新频率，所以CPU的刷新频率一般不低于60HZ，但是
14、刷新频率太高的话，会使显示屏的亮度降低，所以刷新频率有最高值要求，本设计最高刷新频率为600HZ。225 键盘键盘是使用比较简单的独立式键盘，而且具有发光二极管指示功能模块电路图如图5： 图5键盘各项功能如下：显示模式键：键可以模式选择五种模式，预存汉字、预存符号、SD卡信息、时钟和PC数据显示。滚动模式键：可以控制二种滚动模式，在正常显示模式下实现左、右滚动。循环模式键：可以控制定时循环模式。时间调整键：即时间设定键，在时钟显示模式下，可配合加减键循环设置时、分、秒。定时键：按下时，显示当前的循环间隔的时间，可利用加减键进行间隔控制调整。刷新频率键：按下后，显示刷新频率，可利用加减键调整。滚
15、动速度键：按下后可以显示当前的速度，利用加减键调节滚动速度。加、减键：配合其他键，在各种模式下，实现调整。复位键：复位系统。23软件方面本系统的显示处理采用动态扫描法，而键盘处理采用查询法并注意按键的消抖处理。整个程序可以分为键盘扫描、点阵行列的扫描、串口传输和SD卡的存储与读取。231 主程序的流程图见下图6。开始初始化寄存器、变量、I/O按键处理子程序模块是否按键按下？是否处理命令子程序模块是否收到串口命令？是否图6232按键程序本系统中的按键程序分为按键扫描子程序和按键功能执行子程序。而且在按键中使用了定时器Time0来实现按键消抖的功能。按键扫描子程序的流程图如图7：清中断按键扫描、读
16、I/O口是否有键按下？计数器清0否是计数器加1计数器是否大于10？否置按键有效标志是中断结束图7按键子程序模块的流程图如图8：判断键值点亮相应的LED执行相应的模块清零按键有效标志图8233 行列的扫描本系统中利用ARM中的Time1来实现点阵显示屏的行列的扫描，其软件的流程图如下图9：清中断送扫描行数据扫描当前行行数加1中断结束图9234 人机交互在本系统中通过串口与PC机实现人机交互，通过PC机就可以控制系统的数据刷新。串口实现程序流程图如下图10：清中断标志接收命令存储判断命令包结束标志否是置有效命令标志中断结束图103、测试、结果及分析观察系统运行状况，并辅助示波器、万用表得到以下结果
17、。31基本功能表1要实现的功能测试的结果LED显示实现了16*64的点阵显示显示屏无闪烁，亮度适中达到要求按键控制切换数字和字母实现了此功能能显示特定汉字和字符能实现32发挥功能部分表2功能是否实现？描述亮度连续可调实现滚屏显示能实现左右滚屏实时时间显示实现预存信息能扩展到10组（每组汉字8个或16个字符）掉电保护实现与PC机通信可用PC控制操作，参数设置33 其他发挥部分表3功能 是否实现？描述多字体显示 实现，非预置信息可选两种不同的字体滚屏显示 实现了上下滚屏阴阳字 实现混合显示 实现了字符汉字混合显示SD卡扩展存储器 实现了可脱机更新信息时钟实现本地时间调整循环实现了多条信息首尾相连，
18、连续水平左滚动显示其他增加了一些参数的设置：速度、间隔、刷新频率34刷新频率的测试经调整，刷新频率范围从60HZ到600HZ，达到使亮度适中的刷新频率。35按键的结果测试经测试，结果和预先设定好的一致。4、总结本系统完成了LED点阵电子显示屏和控制器的制作。经调试，显示屏的显示亮度适中，并能实现持续可调，滚屏显示和实时时间显示。SD卡的扩展，是存储容量大大的增大，实现了海量存储，并具有掉电保护功能。通过和PC机的通讯，使显示的信息能实时的更新。也实现了显示屏的多字体显示。整个系统简洁，可靠性高，性能稳定。本系统达到了设计的基本要求和发挥部分的要求，并且在其他发挥项目中扩充了很多设计。经过本次设
19、计，对ARM芯片功能有了更深层次的理解。设计中还有欠缺的方面，今后的学习工作中会加以注意。参考资料：1吴金戎 沈庆阳 郭庭吉 、8051单片机实践与应用 北京：清华大学出版社20022胡汉才、单片机原理及其接口技术 北京：清华大学出版社 19953马忠梅 籍顺心 张凯 马岩、单片机的C语言应用程序设计（第3版） 北京：北京航空航天大学出版社20034周立功 张华、深入浅出ARM7-PC213X/214X北京：北京航空航天大学出版社 20055王田苗、嵌入式系统设计与实例开发 北京：清华大学出版社 20056黄智伟 王彦等、全国大学生电子设计竞赛训练教程 北京：电子工业出版社张桂青教授点评：该参
20、赛作品论文写作规范，方案具体、数据翔实，采用组委会推荐的ARM2138开发板作为主控制模块ARM实现题目的基本要求和发挥设计。原理图设计正确，测试步骤具体，测试结果真实可信。采用SD卡存储显示的信息是该设计的最大创新，有新意。现场测试发现，作品采用16*64点阵LED，做工精良，近似产品。近乎完美地实现了设计要求中的基本要求和发挥部分。尤其上位机软件设计也非常完善。可任意输入汉字或字符，有6种字体可设，实现阴阳字，滚动速度可控，远程读取控制器参数和数据等。作为学生短时间实现的作品，无论是工作量还是设计难度，都非常难得。消防智能电动车设计与制作目录 摘要：4关键词：4Abstract:4Keyw
21、ords:41系统设计51.1设计要求51.1.1设计任务51.1.2设计要求51. 2模块方案比较与论证61.2.1车体设计71.2.2控制器模块81.2.3电源模块91.2.4寻迹传感器模块91.2.5 火焰传感器模块101.2.6 避障模块101.2.7测速计程模块111.2.8电机模块111.2.9电机驱动模块111.2.10车载语音模块和控制台语音模块121.2.11无线收发模块121.2.12显示台显示模块121.2.13车载显示模块121.3最终方案131.4系统整体方案设计142硬件实现及单元电路设计192.1微控制器模块的设计192.2光电对管电路的设计192.3寻迹光电对管
22、的安装212.4火焰传感器及其调理电路的设计222.5火焰传感器的安装222.6电机驱动电路的设计232.7灭火风扇驱动电路242.8灭火风扇的安装242.9测速计程模块的安装252.10语音识别电路的设计262.11无线收发模块的实现263软件实现273.1主程序流程图273.2灭火子程序流程图293.3传感器数据处理及寻迹程序流程314系统功能测试324.1测试仪器及设备324.2功能测试324.2.1基本功能测试334.2.2发挥功能及其他功能测试365.结论376.结束语377.参考文献3729摘要：本智能车是以铝合金为车架，AT89S52单片机为控制核心，加以直流电机、舵机、光电传感
23、器、火焰传感器和电源电路以及其他电路构成。系统由89S52通过IO口控制小车的前进后退以及转向。舵机带动灭火风扇左右转向摆动进行灭火。寻迹由RPR220型光电对管完成，远红外火焰传感器进行火焰扫描。同时本系统用凌阳单片机进行语音的播报，以提示当前状态。本系统同时通过DF无线数据收发模块进行无线数据传输，将该车当前的状态远程传送给显示台。显示台由OCMJ4X8C液晶屏和2个按键进行实时状态显示和启动控制。关键词：AT89S52 直流电机 舵机 光电传感器 火焰传感器 消防智能电动车 DF无线收发Abstract: The smart car is aluminum alloy for the c
24、hassis, AT89S52 MCU as its core, including motor and servo, plus photoelectric sensors, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the white line. RPR220 reflective photo sensor seeks the trace. Far infrared flame sensor tracks the flame.
25、 In addition, the SCM system with Sunplus for voice broadcast can remind current status. The system transmits information through DF module. The cars status will be transmitted to the Remote Console. OCMJ4X8C LCD display and 2 keys for start control.Keywords: AT89S52 Motor Servo Photo sensor Flame s
26、ensor Electrical fire engines DF wireless transmission系统设计1.1设计要求1.1.1设计任务设计制作一个消防智能小车模型，能到制定区域进行抢险灭火工作。以蜡烛模拟火源，随机分布在场地中，场地如图1所示：图1 场地示意图1.1.2设计要求1）基本要求（1）智能小车从安全区域启动，自动寻找到火源并显示。（2）除安全区外，场地随机出现2个火源，要求智能小车能够发现其中一个火焰并将其完全扑灭。（3）能够发现并扑灭第二个火焰。（4）扑灭二个火焰的总时间不超过5分钟。（5）能够自动计算和显示扑灭的火源数。2）发挥部分（1）抢险完毕后智能小车能够返回到
27、安全区域（原位）。（2）能够自动计算和显示路程。（3）能够用不同声音对不同的状态进行报警。（4）其他3）说明（1）小车尺寸小于30cm30cm，所用电源电压小于等于24V。（2）控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。（3）灭火方式不限，但不允许碰倒蜡烛。（4）小车不能完全离开场地。（5）允许一次重启动机会。（6）蜡烛高度：1520厘米。蜡烛置于方框的中间位置。（7）障碍物尺寸15cm15cm15cm，且位置固定。（8）试验场地可采用黑胶皮，网格线可采用宽度为2.53.0cm的白色单面胶纸，测试时可自带。1. 2模块方案比较与论证根据题目要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、寻迹传感器模
28、块、火焰传感器、直流电机及其驱动模块、灭火风扇及其驱动模块、舵机模块、语音模块、车载显示模块、无线收发模块以及液晶显示模块等模块构成。本系统的方框图如图2所示：电源模块控制器模块寻迹传感器模块火焰传感器模块电机驱动前进转向模块灭火风扇及其驱动模块语音模块无线发射模块无线接收模块语音模块显示台显示模块避障模块车载显示模块测速计程模块 图2 系统方框图为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。1.2.1车体设计方案1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所
29、需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般都价格不扉。因此我们放弃了此方案。方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动，前后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，前后装两个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。在安装时我们并不把
30、两个万向轮装在一个平面上。当小车前进时，左右两驱动轮与前万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择，我们经过比较选择了铝合金。用铝合金做的车架比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。综上考虑，我们选择了方案2。实物图如图3所示：图3 车体底盘实物图1.2.2控制器模块方案1：采用可编程逻辑期间CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，
31、适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。方案2：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能力降低。本系统主要是进行寻迹和火焰传感器的检测以及电机的控制，兼有语音的播报。如果单纯的使用凌阳单片机，在语音播报的同时小车的控制容易出现不稳定的情况。从系统的稳
32、定性和编程的简洁性考虑，我们放弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案。方案3：采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器而用凌阳单片机作为辅助控制器。AT89S52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。我们自己制作51最小系统板，体积很小，下载程序方便，放在车上不会占用太多的空间。为了同时方便使用语音的播报和识别，我们选择了凌阳公司的SP
33、CE061A精简开发板61B板。61B板上配有喇叭插座、麦克风等。用户只需使用在线调试器，不用再外接任何器件即可以完成语音录放等功能。该精简系统板体积小，功能齐全，资源丰富。能够满足系统的要求。从方便使用的角度考虑，我们选择了方案3。1.2.3电源模块由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。方案1：采用12V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便。因此我们放弃了此方案。方案2：采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7805的电压变换后为单片机，传感器和舵机供电。经
34、过实验验证，当电池为直流电机供电时，单片机、传感器的工作电压不够，性能不稳定。因此我们放弃了此方案。方案3：采用3节4.2V可充电式锂电池为直流电机供电，用2节锂电池经过7805的电压变换为单片机和传感器供电。再用2节锂电池经另一套7805电压变换电路为舵机供电。采用此种供电方式后，单片机和传感器工作稳定，舵机直流电机工作互不影响，且电池的体积较小，能够满足系统的要求。综上考虑，我们选择了方案3。1.2.4寻迹传感器模块方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和
35、黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。方案2：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。方案3：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发
36、光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。RPR220采用DIP4封装，其具有如下特点：（1） 塑料透镜可以提高灵敏度。（2） 内置可见光过滤器能减小离散光的影响。（3） 体积小，结构紧凑。当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。因此我们选择了方案3。1.2.5 火焰传感器模块火焰检测有温度传感器、烟雾传感器、红外传感器、紫外传感器以及CCD图像传感器。我们综合论证了这几种传感器，制定了如下几种方案。方案1：用温度传感器如热电偶，热电偶在工业应用上十分广泛。但是热电偶感应的范围太广，而且由于火焰只是周围温度稍高且范围较窄。试验验证用
37、热电偶检测火焰精度不高，因此我们放弃了此方案。方案2：用烟雾传感器。烟雾传感器广泛应用与火警检测。但是由于此题目的火源是用蜡烛模拟的，没有太大的烟雾，因此用烟雾传感器作为此小型电动车的火焰传感器也不够实用，因此我们放弃了此方案。方案3：用紫外传感器检测火焰。紫外火焰传感器主要应用于火灾消防系统，尤其是一些易燃易爆场所，用来监测火焰的产生。紫外线火焰传感器的灵敏度高，相应速度快，抗干扰能力强，对明火特别敏感，能对火灾立即作出反应。但是紫外传感器检测的范围太大，不适用于本系统。方案4：用CCD图像传感器。用CCD图像传感器可以检测各种被检测量，适用于各种量的检测。但是用CCD图像传感器需要处理的信
38、号量太大，且体积较大，不使用与本系统。方案5：用远红外传感器。经试验验证，远红外火焰传感器检测距离远，线性度好，检测准确，且体积较小。很适用于本题目的要求。因此我们选择了方案5。在火焰传感器模块的设计中，我们在车体的前头的两侧离地大约1520cm（相当于火焰高度）处安装远红外火焰传感器，且每一侧装有两个。由于火焰传感器的检测距离很远，为了避免错误检测远处火焰的情况的出现，我们把每一侧的较低的传感器用黑色塑料纸包住。经实验验证，这样处理过的火焰传感器只能检测到一个方格距离的火焰，而对远距离的火焰没有反应。我们把用黑塑料包住的传感器称为“近视”传感器，把没有处理过的称为“远视”传感器。“近视”传感
39、器和“远视”传感器配合交替使用，可以更好的完成计划任务。1.2.6 避障模块方案1：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。但是超声波传感器需要40KHz的方波信号来工作，因为超声波传感器对工作频率要求较高，偏差在1内，所以用模拟电路来做方波发生器比较难以实现。而用单片机来作方波发生器未免有些浪费资源。因此我们考虑其他的方案。方案2：用红外光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束，被物体阻断或部分反射，受光器最终据此作出判断
40、反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。光电开关E3F-DS10C4操作简单，使用方便。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。考虑到本系统只需要检测简单障碍物，没有十分复杂的环境。为了使用方便，便于操作和调试，我们最终选择了方案2。1.2.7测速计程模块方案1：用霍耳传感器进行测速。当载流导体或半导体出于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差。这一现象称为霍耳效应。霍耳式传感器利用的就是霍耳效应。如果在车轮的内侧装上一条细磁铁，把霍耳传感器同样装在车轮的内侧，测量火焰传感器
41、的输出就可以知道车轮转过的圈数。霍耳传感器是非接触式测量，而且对灰尘、湿度、振动等环境条件不敏感。特性也不随时间而变化。虽然霍耳传感器具有众多优点。但是由于我们的电动车较小，比较细小的磁铁不易寻找。因此我们尝试着寻找其它的方案。方案2：用RPR220型光电对管进行测速。在车轮的内侧贴上一个光电码盘，用光电对管对码盘进行检测。光电对管照射到黑色和白色的边界时输出信号会有跳变。将跳变的输出信号送给单片机进行检测就可以得到轮子的转速。由于我们电动车的寻迹都是用的RPR220型光电对管，所以用该型号光电对管进行测速时可以使用同样的调理电路。从使用的方便和灵活性考虑，我们选择了方案2。1.2.8电机模块
42、本系统为智能电动车，对于电动车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本题要实现对路径的准确定位和精确测量，我们综合考虑了一下两种方案。方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。
43、我们所选用的直流电机减速比为1：74，减速后电机的转速为100r/min。我们的车轮直径为6cm，因此我们的小车的最大速度可以达到V=2rv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了此方案。1.2.9电机驱动模块方案1：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，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广
44、泛。但是这种电路工作性能不够稳定。因此我们选用了方案1。1.2.10车载语音模块和控制台语音模块方案1：选择专门的语音存储芯片ISD1420，通过单片机进行录放音的控制。用这种方法虽然比较简介方便，但是在地址模式所占IO口较多,在操作模式下进行随机播放又需快进,较适合于顺序播放。且存储空间较小，只能存储总计20s的语音，无法进行语音识别。为了能更好的使用语音播放和语音辨识，我们放弃了此方案。方案2：选择DSP进行语音识别，DSP具有很强的信息处理能力，能够进行语音的存储录放和语音的辨识，但是考虑到系统的成本和使用的灵活和方便，我们放弃了此方案。方案3：使用凌阳精简板开发板61B板，该精简开发板
45、体积小，使用方便，且具有凌阳系列的很强的语音处理功能，且具有语音播报和辨识的模块。凌阳61单片机是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟频率可达49MHz，具有运算速度高等优势。这些都为语音处理和辨识准备了很好的条件。因此我们选用了方案3。1.2.11无线收发模块无线数据传输被广泛应用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线数据通信、机器人控制、数字音频、数字图像的传输等领域中。方案1：用DF无线数据收发模块。DF无线发射模块通讯方式为调频AM，工作频率为315MHz，为ISM频段，发射频率500mW。DF超再生式接收模块通讯方式为调频AM，接收灵敏度高，用示波器观察输出波形干净，抗干扰能力强。系统中为保证稳定，采用芯片PT2262,PT2272M4进行数据编解码，由于数据传输量较小，经过测试，方案可行。方案2：其他无线数据收发模块，如nRF401、红外线或蓝牙模块，由于其价格较昂贵