智能灭火小车(3)

1、采用ATMEGA128单片机作为主控制器。 2、用ST178型光电对管进行避障。

3、热释电红外测温传感器作为本系统的火焰传感器。 4、L298作为直流电机的驱动芯片。 5、使用蜂鸣器进行灭火报警。

图3系统结构框图

2.4 软件总体设计方案

传感器组把测得温度分别通过模数转换传给单片机，单片机通过一定的处理，比较得出温度最高的三个传感器，根据能量在自由空间的衰减规律可知，火源与传感器的距离与传感器测得温度的大小呈负相关，温度越高，距离火源越近，所以，火源即在这三个传感器所对的那个方向上。具体的方位可以通过相应的公式计算出来，调整小车方向并通过避障传感器避障前进到火源位置驱动灭火风扇进行灭火。

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3 硬件单元电路设计

本章主要讲述了以ATMEGA128为主控制器，设计相关的硬件电路。主要硬件电路有：寻迹与控制电路、电机驱动模块、火焰检测电路、灭火风扇驱动电路以及声音报警电路。 3.1 电源电路

ATMEGA128需要4.5 - 5.5V直流电压、150mA的峰值电流，在考虑到其它外围芯片的供电电压和功耗，最终选择LM2940这种专为大功率供电使用的芯片提供5V供电，电源电路如图4。

图4 电源电路

3.2 微控制器模块的设计 3.2.1 ATMEGA128单片机介绍

Atmel公司的 8位系列单片机的最高配置的一款单片机，应用极其广泛 ATMEGA128主要特性如下：

· 高性能、低功耗的 AVR 8 位微处理器 · 先进的 RISC 结构

– 133 条指令 – 大多数可以在一个时钟周期内完成 – 32 x 8 通用工作寄存器 + 外设控制寄存器 – 全静态工作

– 工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS – 只需两个时钟周期的硬件乘法器 · 非易失性的程序和数据存储器

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– 128K 字节的系统内可编程Flash 寿命: 10,000 次写/ 擦除周期

– 具有独立锁定位、可选择的启动代码区 – 通过片内的启动程序实现系统内编程

– 真正的读- 修改- 写操作 ：4K字节的EEPROM 寿命: 100,000 次写/ 擦除周期 – 4K 字节的内部SRAM

– 多达64K 字节的优化的外部存储器空间 – 可以对锁定位进行编程以实现软件加密 – 可以通过SPI 实现系统内编程

· JTAG 接口( 与IEEE 1149.1 标准兼容) – 遵循JTAG 标准的边界扫描功能 – 支持扩展的片内调试

– 通过JTAG 接口实现对Flash, EEPROM, 熔丝位和锁定位的编程 · 外设特点

– 两个具有独立的预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器 – 两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器 – 具有独立预分频器的实时时钟计数器 – 两路8 位PWM

– 6路分辨率可编程（2 到16 位）的PWM – 输出比较调制器

– 8路10 位ADC – 8 个单端通道 – 7 个差分通道

– 2 个具有可编程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道 – 面向字节的两线接口 – 两个可编程的串行USART

– 可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口 – 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 – 片内模拟比较器

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· 特殊的处理器特点

– 上电复位以及可编程的掉电检测 – 片内经过标定的RC 振荡器 – 片内/ 片外中断源

– 6种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的Standby 模式 – 可以通过软件进行选择的时钟频率 – 通过熔丝位可以选择ATMEGA103 兼容模式 – 全局上拉禁止功能

· I/O 和封装

– 53个可编程I/O 口线

– 64引脚TQFP 与 64 引脚 MLF 封装 · 工作电压

– 2.7 - 5.5V ATMEGA128L – 4.5 - 5.5V ATMEGA128 · 速度等级

– 0 - 8 MHz ATMEGA128L – 0 - 16 MHz ATMEGA128

3.2.2 ATMEGA128单片机最小系统电路

ATMEGA128单片机最小系统电路如图5所示。主要包括复位电路、晶振电路、低通滤波器电路以及各种滤波电容。

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图5 ATMEGA128单片机最小系统电路

3.3 电机驱动电路的设计

用L298芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良，从稳定性方面考虑，采用电机驱动芯片L298作为电机驱动。L298芯片的管脚图如图6所示：

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