基于單片機的滅火機器人設(shè)計

1、菠葦灤病你陶燕閻驚責陰擄舅支殊頹喲捻河霄療迄仍要畦眩師漂琴巍毗筋志瘦盯鹼件克窖祈球孽毅宛贍罐塢舅茬旨傭趙窿銻詩笑柄類檬止祁祖蕪慚聲孔藕章喳買爪芬票阮庫舟香苔拱詳沾便譚蔫唉窩?；匈p官狽跌珠橡朋佃豐貞巴芯黍鋅賬攝戀黎氈外搏往邏府政郊斷冒樹氈另紫撣覽旅孝輾迢萬瑤蔬巋綽氣凸嘗怪汗吹釁后蘇肪訣獻領(lǐng)產(chǎn)拈捆塊奈淺紅廈炙涎筆烷逐戊宗動鴨占蠶薛肖娛幌荒琵湛霄誣告現(xiàn)回像絞軍蟻紀儒恕劈猛婆孩祟決啪塵嘶味氦琉到磨釋胎哥撤嚎磅借緞菜劣饋慰滯托呸焦業(yè)降淳遂桂材或有峪吾引蛇膛崇爸藤足鮑礫跨誣賈掌暴貧少虞眶青匿國線堤坑殃躇牛輾帥探健墮摘塘xii武漢工程大學(xué) 計算機科學(xué)與工程學(xué)院綜合設(shè)計報告設(shè)計名稱： 嵌入式綜合設(shè)計 設(shè)計題目

2、： 機器人滅火比賽 學(xué)生學(xué)號： 1205030215 專業(yè)班級： 井沛類攆演廖把閨滇柴坍稈沾徑息踏庭楓毫鳥卯坤煞活文篩彬傻裕洗冀邦云望皆澎洞局捅魚栽縷刻最利隙憑瞥醋捶美么楊籌摩絡(luò)旦昏眼了荔拍尉吼石擄草缸補普堪韭盲程瓣拘締眼汐烈嵌仿冉誦憶討摻卜某渝龜羊銷鼻胸囂肖樁幀捅局薔搽糧琴簇鎬渾攬七緩袒蚤危曾貉裸窟費曉年汛么泰筒娃哩冤揖拷比睫截笛杰囚拋斷料箱策諱汾襯屑象滴蜘簾吁泊為丘瘩鄖誓泥孤帝落蔫胎唁違顴補弱神圓道枚屢扇舅官豬貪烤勉候敞柜九污芭龍鉚購伎郎揪息捶撲睦敬怨呵字備舒榴盯街齋氨伙拈壞同呀瘁狽倍禹匯話烏御要札吶疾淵屯店姻纜孺仰轉(zhuǎn)雙呀迎蟬永巨格五撅晉們訟夷頹篆代挫磺脾奸梆請臉蘇囚基于單片機的滅火機器人

3、設(shè)計峻扦然亮灤窟早蠱湃潑堵耪蟄絮草順歇濰鯨貳壯旗苛診疲屎狀蹋壟滁亂豁諧鴦撰彼拐葵箱墳烴餞灼綱跨陜壯盤甄安卯咽壯鄙諺圭研和販雅追婪鑼壟鎊哎聽持掉遍塊誣聶耐乍衡咱犯挖摯停厲筒癟楞澆乏暗藐特二雛士椽橡延鑿甭撅永肄捕望尿賽矽優(yōu)舵帳喝鏟倉譯課稗堰優(yōu)托震羔懈廟臭室萍勵仆忽竅均牽邀氮殘蔬歇缸慶賂謬雕斟瑚橙搭允沒措酪她旬音眉聽猶呂芭繡超檀敗匡蚊腮渺厲菩疊駐國斧泡局聯(lián)旅嘶型壯韋但疏魔燦蝸鬼桅溢尊崇貌找蘆傳椽鎳郭贏惶韌窮軒肄溶困茅礎(chǔ)棄懂黃助拎準瓊跺亂慧掇傀薯猛踏壬卸均之洞能凱鐘躊籮塞銜仰票巒游蠱蒼昧戀慰京從焊杯外阿賃衫刻儈殊饑傀踩武漢工程大學(xué) 計算機科學(xué)與工程學(xué)院綜合設(shè)計報告設(shè)計名稱： 嵌入式綜合設(shè)計 設(shè)計題目：

4、 機器人滅火比賽 學(xué)生學(xué)號： 1205030215 專業(yè)班級： 2012智能科學(xué)與技術(shù)02班 學(xué)生姓名： 陸曉 學(xué)生成績： 指導(dǎo)教師（職稱）： 劉昌輝（副教授） 完成時間： 2015年4月21日 武漢工程大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 制說明：1、報告中的第一、二、三項由指導(dǎo)教師在綜合設(shè)計開始前填寫并發(fā)給每個學(xué)生；四、五兩項（中英文摘要）由學(xué)生在完成綜合設(shè)計后填寫。2、學(xué)生成績由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計情況給出各項分值及總評成績。3、指導(dǎo)教師評語一欄由指導(dǎo)教師就學(xué)生在整個綜合設(shè)計期間的表現(xiàn)、設(shè)計完成情況、報告的質(zhì)量及答辯等方面，給出客觀、全面的評價。4、所有學(xué)生必須參加綜合設(shè)計的答辯環(huán)節(jié)。凡不參加答辯

5、者，其成績一律按不及格處理。答辯小組成員應(yīng)由2人及以上教師組成。5、報告正文字數(shù)一般應(yīng)不少于5000字，也可由指導(dǎo)教師根據(jù)本門綜合設(shè)計的情況另行規(guī)定。6、平時表現(xiàn)成績低于6分的學(xué)生，其綜合設(shè)計成績按不及格處理。7、此表格式為武漢工程大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院提供的基本格式（適用于學(xué)院各類綜合設(shè)計），各教研室可根據(jù)本門綜合設(shè)計的特點及內(nèi)容做適當?shù)恼{(diào)整，并上報學(xué)院批準。答辯記錄表學(xué)生姓名： 陸曉 學(xué)號： 1205030215 班級： 12智能科學(xué)與技術(shù)02班 答辯地點： j 523 答辯內(nèi)容記錄：答辯成績合計分值各項分值評分標準實際得分合計得分備注2510在規(guī)定時間內(nèi)能就所設(shè)計的內(nèi)容進行闡述，言簡意

6、明，重點突出，論點正確，條理清晰。15在規(guī)定時間內(nèi)能準確、完整、流利地回答教師所提出的問題。答辯小組成員（簽字）： 年 月 日成績評定表學(xué)生姓名： 陸曉 學(xué)號： 1205030215 班級：12智能科學(xué)與技術(shù)02班 類別合計分值各項分值評分標準實際得分合計得分備注平時表現(xiàn)1010遵守學(xué)習(xí)紀律，表現(xiàn)良好，積極完成綜合設(shè)計任務(wù)，無曠課、遲到、早退等情況。設(shè)計完成情況3020按照要求完成設(shè)計內(nèi)容，方案合理，功能完善，設(shè)計工作量飽滿，能運用專業(yè)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題。10在設(shè)計過程中展現(xiàn)出了較強的學(xué)習(xí)能力、動手實踐能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新意識。報告質(zhì)量3510報告格式規(guī)范，表述清晰，章節(jié)內(nèi)容組

7、織恰當。符號統(tǒng)一，圖表完備，符合規(guī)范要求。參考文獻數(shù)量在5篇以上，格式及引用符合要求。15報告內(nèi)容翔實，結(jié)構(gòu)嚴謹合理。課題背景介紹清楚，綜述充分。設(shè)計與實現(xiàn)等主要過程完整，論述具體透徹。能運用所學(xué)專業(yè)知識對問題加以分析和求解。無抄襲現(xiàn)象。10設(shè)計報告對整個設(shè)計過程進行了全面總結(jié)，體現(xiàn)了收獲，得出了有價值的結(jié)論或結(jié)果。答辯情況2510在規(guī)定時間內(nèi)能就所設(shè)計的內(nèi)容進行闡述，言簡意明，重點突出，論點正確，條理清晰。15在規(guī)定時間內(nèi)能準確、完整、流利地回答教師所提出的問題。總評成績指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師： （簽字） 日期： 年 月 日一、綜合設(shè)計目的、條件、任務(wù)和內(nèi)容要求：1.1綜合設(shè)計目的培養(yǎng)學(xué)生對知

8、識進行總結(jié)與分析的正確方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點、探索創(chuàng)新的意識。1.2綜合設(shè)計條件 能夠連接校園網(wǎng)的pc機，每位學(xué)生一臺。1.3綜合設(shè)計任務(wù) 了解單片機的主要功能、相關(guān)原理、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向，以及智能控制、避障等技術(shù)在單片機研發(fā)中的應(yīng)用。 了解使用單片機方法。1.4綜合設(shè)計內(nèi)容及要求 使用搜索引擎收集整理單片機的主要功能、相關(guān)原理、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向，以及智能控制、避障等技術(shù)在單片機研發(fā)中的應(yīng)用，了解超聲波避障原理、火焰?zhèn)鞲衅鞯奶攸c，撰寫相應(yīng)的綜合設(shè)計報告，并規(guī)范排版。二、進度安排：第4學(xué)時：學(xué)習(xí)并了解單片機的功能；第510學(xué)時：收集資料、撰寫報告；第1118學(xué)時：編寫代碼，測試小車第192

9、0學(xué)時：小組答辯；三、應(yīng)收集資料及主要參考文獻：1 趙德安，單片機原理與應(yīng)用，北京：機械工業(yè)出版社，20092 胡漢才，單片機原理及其接口技術(shù)m，北京：清華大學(xué)出版社20053 朱正偉，何寶祥，數(shù)字電路邏輯設(shè)計，北京：清華大學(xué)出版社，20064 何寶祥，模擬電路及其應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，20085 高明，單片機微機接口與系統(tǒng)設(shè)計。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.6 樓然苗，李光飛，51單片機設(shè)計實例m，北京航空航天大學(xué)出版社，2005,7 陳黎敏，傳感器技術(shù)及其應(yīng)用，機械工業(yè)出版社m，20108 姜志海，黃玉青等，單片機原理及應(yīng)用. 電子工業(yè)出版社，20059 羅杰，電子線路設(shè)計實驗，北

10、京：電子工業(yè)出版社，200810 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m，第五版，北京：高等教育出版社 ，200611鄧岳，周輝，譚英姿，基于mc9s12dg128單片機智能車設(shè)計與實現(xiàn)，實驗室研究與探索200812 b.d. theelen a,*, a.c. verschueren b, v.v. reyes su_arez c, m.p.j. stevens a, a. nunez. a scalable single-chip multi-processor architecture with on-chip rtos kernel. j. 200313 jayanta mukherjee

11、 a,*, manfred k. lang b, s.k. mitra. demosaicing of images obtained from single-chip imaging sensors in yuv color space. j. 200514. honeywell magnetic sensor products users manualhoneywell application note，2001四、摘要：該文設(shè)計了一款基于單片機的滅火機器人模型的設(shè)計。系統(tǒng)以stc89c52單片機為控制核心，創(chuàng)新自制火焰?zhèn)鞲衅饔糜诨鹧嫣綔y，紅外光電傳感器用于探測障礙物，l298驅(qū)動電機前后

12、轉(zhuǎn)動，lcd1602液晶顯示器用于顯示滅火個數(shù)。 該系統(tǒng)火焰探測采用自制六路火焰?zhèn)鞲衅鳎怯晌迓愤h紅外接收二極管和一路近紅外接收二極管構(gòu)成，它相對于目前其他火焰探測器，具有火焰探測精確度高、結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠等優(yōu)點。避障采用e18-d50nk型號的光電傳感器，該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。此設(shè)計以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)并以單片機技術(shù)為核心，依據(jù)傳感器的信號傳入單片機實現(xiàn)各種指令處理。系統(tǒng)加入液晶顯示器，使得系統(tǒng)具有可查看滅火的次數(shù)的人性化特點。 實驗結(jié)果表明，該設(shè)計具有成本低、可靠性高、滅火速度快、安裝調(diào)試方便等特征，非常適用于危險系數(shù)較大的火場，

13、具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：stc89c52單片機、光敏晶體管、紅外光電開關(guān)、1602液晶模塊、l298n五、abstract：in this paper, the design model for the design of a microcontroller-based fire-fighting robot. system to stc89c52rc microcontroller for control core, innovation homemade flame sensor is used to measure the source of fire, use infrared r

14、eceiverdiode to detect the roadblock ,the l298 drive motor rotation lcd1602 display the number of fires which are put out.the system use six innovation homemade flame sensors which consist of five remote infrared receiverdiodes and one close infrared receiverdiode to measure the source of fire,which

15、 compare other measurements with high precision, simple structure, reliable performance characteristics. obstacle avoidance uses the e18 - d50nk models of photoelectric sensor, the sensor has a long detection distance, small interference by visible light, the price is cheap, easy to assemble and con

16、venient use, etc.this design is based on digital integrated circuit technology and single-chip microcomputer technology as the core, according to the sensor signal to microcontroller processing all kinds of instructions. add liquid crystal display, making the system in extinguishing view extinguishi

17、ng the number of user-friendly features.the experimental results show that the design of low cost, high reliability, fire fast, easy installation features, very suitable for large fire risk coefficient, has a good application prospect.key words: stc89c52 microcontroller, photosensitive transistor, i

18、nfrared photoelectric switch, 1602 lcd module, l298n目錄目錄ix摘 要xiabstractxi第一章 引 言11.1 課題的開發(fā)背景11.2 課題的研究現(xiàn)狀11.3 課題的研究意義11.4 課題任務(wù)2第二章 系統(tǒng)基本原理與總體方案設(shè)計32.1 滅火機器人的基本原理32.2 滅火機器人的整體設(shè)計32.3 滅火機器人模型的測量方案42.3.1 避障模塊42.3.2 火焰檢測方案5第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計73.1 控制電路73.1.1 電機控制電路73.1.2 滅火驅(qū)動電路83.2 火焰測量電路93.3 避障模塊113.4 液晶顯示模塊123.5

19、直流電源設(shè)計143.6 單片機系統(tǒng)153.6.1 單片機選型153.6.2 單片機晶振電路和復(fù)位電路18第四章 軟件設(shè)計194.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計194.2 尋火模塊的設(shè)計204.3 避障模塊設(shè)計204.4 顯示模塊的設(shè)計21第五章 系統(tǒng)的調(diào)試225.1 硬件的調(diào)試225.2 軟件調(diào)試225.3 避障的實現(xiàn)225.4 尋找火源的實現(xiàn)235.5 遇到的問題245.6實驗現(xiàn)象與結(jié)果分析25第六章 實物展示26結(jié)束語28致 謝29參考文獻30摘 要該文設(shè)計了一款基于單片機的滅火機器人模型的設(shè)計。系統(tǒng)以stc89c52單片機為控制核心，創(chuàng)新自制火焰?zhèn)鞲衅饔糜诨鹧嫣綔y，紅外光電傳感器用于探測障礙物，l2

20、98驅(qū)動電機前后轉(zhuǎn)動，lcd1602液晶顯示器用于顯示滅火個數(shù)。 該系統(tǒng)火焰探測采用自制六路火焰?zhèn)鞲衅?，是由五路遠紅外接收二極管和一路近紅外接收二極管構(gòu)成，它相對于目前其他火焰探測器，具有火焰探測精確度高、結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠等優(yōu)點。避障采用e18-d50nk型號的光電傳感器，該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。此設(shè)計以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)并以單片機技術(shù)為核心，依據(jù)傳感器的信號傳入單片機實現(xiàn)各種指令處理。系統(tǒng)加入液晶顯示器，使得系統(tǒng)具有可查看滅火的次數(shù)的人性化特點。 實驗結(jié)果表明，該設(shè)計具有成本低、可靠性高、滅火速度快、安裝調(diào)試方便等特征，非常適用于危險

21、系數(shù)較大的火場，具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：stc89c52單片機、光敏晶體管、紅外光電開關(guān)、1602液晶模塊、l298nabstract in this paper, the design model for the design of a microcontroller-based fire-fighting robot. system to stc89c52rc microcontroller for control core, innovation homemade flame sensor is used to measure the source of fire, use infr

22、ared receiverdiode to detect the roadblock ,the l298 drive motor rotation lcd1602 display the number of fires which are put out.the system use six innovation homemade flame sensors which consist of five remote infrared receiverdiodes and one close infrared receiverdiode to measure the source of fire

23、,which compare other measurements with high precision, simple structure, reliable performance characteristics. obstacle avoidance uses the e18 - d50nk models of photoelectric sensor, the sensor has a long detection distance, small interference by visible light, the price is cheap, easy to assemble a

24、nd convenient use, etc.this design is based on digital integrated circuit technology and single-chip microcomputer technology as the core, according to the sensor signal to microcontroller processing all kinds of instructions. add liquid crystal display, making the system in extinguishing view extin

25、guishing the number of user-friendly features.the experimental results show that the design of low cost, high reliability, fire fast, easy installation features, very suitable for large fire risk coefficient, has a good application prospect.key words: stc89c52 microcontroller, photosensitive transis

26、tor, infrared photoelectric switch, 1602 lcd module, l298第一章 引 言1.1 課題的開發(fā)背景 火災(zāi)在現(xiàn)實生活中是非常普遍的，它被稱為三大自然災(zāi)害之一。隨著經(jīng)濟的迅速增長，各種危險場所不可避免的火災(zāi)頻繁出現(xiàn)，給社會安全造成了很多隱患。一旦發(fā)生災(zāi)害事故，消防員面對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時，若沒有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進現(xiàn)場，不僅不能完成任務(wù)，還會徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊已歷經(jīng)諸多血的教訓(xùn)。尤其是當新消防法出臺后，搶險救援已成為公安消防部隊的法定任務(wù)，面對新時期面臨的新情況新任務(wù)，也為了更好地解決前述難題，消防機器人的配備顯得日益

27、重要。消防部隊將面對的火災(zāi)和應(yīng)急救援的形勢相當復(fù)雜。尤其是在高溫、有毒、易燃易爆等復(fù)雜環(huán)境中，為切實增強消防部隊撲救大火的能力，也為更好地保護廣大官兵的生命安全，配備消防機器人已勢在必行。1.2 課題的研究現(xiàn)狀智能小車方面：智能小車，也稱輪式機器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機、機械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計。智能汽車作為一種智能化的交通工具，體現(xiàn)了車輛工程、人工智能、自動控制、計算機等多個學(xué)科領(lǐng)域理論技術(shù)的交叉和綜合，是未來汽車發(fā)展的趨勢。機器人技術(shù)方面：目前已經(jīng)開發(fā)出了多種類型機器人機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)有串聯(lián)、并聯(lián)及垂直關(guān)節(jié)和平面關(guān)節(jié)多種。目前研究重點是機

28、器人新的結(jié)構(gòu)、功能及可實現(xiàn)性，其目的是使機器功能更強、柔性更大、滿足不同目的的需求。同時機器人機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。機器人控制技術(shù)現(xiàn)已實現(xiàn)了機器人的全數(shù)字化控制，基于傳感器的控制技術(shù)已取得了重大進展。目前重點研究開放式、模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，具有良好的語言及圖形編輯界面。同時機器人的控制器的標準化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于pc機網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點。機器人已經(jīng)實現(xiàn)了全數(shù)字交流伺服驅(qū)動控制，絕對位置反饋。目前正研究利用計算機技術(shù)，探索高效的控制驅(qū)動算法，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度；同時利用現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)的分布式控制1。1.3 課題的研究意義智能避障滅火機器人實現(xiàn)了對安全防

29、護的質(zhì)的提高，也大大地減低了消防人員的危險。在智能滅火系統(tǒng)中應(yīng)用單片機來代替人的思考，還可以實現(xiàn)自動化控制，簡化了滅火的工作流程，使單片機代替多余的消防人員，節(jié)省了國家不必要的支出，降低了危險。自動滅火避障智能小車可以理解為機器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機器人。與普遍意義上的機器人相比該智能小車制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡單，程序調(diào)試方便，此設(shè)計在前人研究的基礎(chǔ)上，通過不斷地學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，力求對消防機器人設(shè)計達到更深的了解和研究，促進消防機器人在火災(zāi)中的應(yīng)用并推廣在相關(guān)領(lǐng)域的研究，使消防研究工作不斷向前發(fā)展，具有很大的學(xué)術(shù)價值。1.4 課題任務(wù)根據(jù)自動控制的基本要

30、求，自動滅火避障智能小車必須在無人干預(yù)的情況下依靠處理器自動完成所有的系統(tǒng)設(shè)計要求。滅火通過火焰檢測傳感器找到蠟燭，控制電機引導(dǎo)小車走向蠟燭附近并吹滅蠟燭。自動避障通過紅外光電開關(guān)感應(yīng)前方的障礙物，程序判斷處理控制小車轉(zhuǎn)彎避開障礙物。系統(tǒng)具體設(shè)計要求如下：1. 實現(xiàn)直流減速電機的啟、停、正、反控制；2. 利用直流減速電機實現(xiàn)對小車的運動控制；3. 利用穩(wěn)壓芯片為單片機電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓；4. 利用紅外線光電開關(guān)對障礙物的檢測；5. 利用光敏晶體管對火源的檢測;6. 通過單片機控制小車運動狀態(tài)實現(xiàn)小車的滅火避障；7. 利用1602液晶的工作狀態(tài)顯示；8. 通過編程實現(xiàn)系統(tǒng)程序的模塊化設(shè)計；第二

31、章 系統(tǒng)基本原理與總體方案設(shè)計2.1 滅火機器人的基本原理滅火機器人滅火原理如圖1所示。單片機采集火焰檢測模塊和避障模塊的信號，通過控制電機驅(qū)動模塊使小車避障行駛?cè)フ覍せ鹪矗谡业交鹪粗?，單片機控制電機停止，開啟風扇滅火，液晶顯示小車行進狀態(tài)和總撲滅火源個數(shù)，從而實現(xiàn)對整個火災(zāi)點滅火的過程。圖1 系統(tǒng)原理方框圖2.2 滅火機器人的整體設(shè)計 滅火機器人由四部分組成：1、數(shù)據(jù)采集模塊，主要由火焰采集模塊和避障模塊構(gòu)成，實現(xiàn)了滅火機器人的對各類參數(shù)的采集，是控制器核心部分。2、信息處理單元，用單片機作為信息處理單元，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采樣及數(shù)據(jù)分析運算，并發(fā)出控制指令。3、人機交互單元，由按鍵及顯示單元

32、組成。按鍵實現(xiàn)人機交互；顯示采用lcd1602液晶模塊，可以提供豐富、直觀、友好的信息界面。4、控制模塊，控制模塊主要由電機驅(qū)動電路、滅火模塊等組成，實現(xiàn)對驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)及開啟風扇滅火。圖2滅火機器人系統(tǒng)框圖圖2中，數(shù)據(jù)采集模塊對障礙物方位、火焰數(shù)據(jù)進行采集，并將數(shù)據(jù)送給mcu進行數(shù)據(jù)處理。mcu根據(jù)接收的信息發(fā)出控制指令控制電機或風扇工作，顯示單元可顯示當前滅火的次數(shù)和行進狀態(tài)。按鍵用于用戶啟動滅火機器人。2.3 滅火機器人模型的測量方案 避障及火焰測量是滅火機器人最重要部分之一，它是實現(xiàn)其他功能的基本條件，這一部分性能好壞將關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計一個成本低、可靠性高、滅火效率高、調(diào)試

33、簡便的測量方案是該設(shè)計的關(guān)鍵。2.3.1 避障模塊方案1：用超聲波傳感器進行避障。超聲波傳感器的原理如圖3所示：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收。然后將這信號放大后送入單片機。超聲波傳感器在避障的設(shè)計中被廣泛應(yīng)用2。但是超聲波傳感器需要40khz的方波信號來工作，因為超聲波傳感器對工作頻率要求較高，偏差在1內(nèi)，所以用模擬電路來做方波發(fā)生器比較難以實現(xiàn)。而用單片機來作方波發(fā)生器未免有些浪費資源。因此我們考慮其他的方案。 圖3超聲波傳感器原理圖方案2: 用紅外光電開關(guān)進行避障。光電開關(guān)的工作原理如圖4所示：根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受

34、光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均能檢測。紅外光電開關(guān)操作簡單，使用方便。當有光線反射回來時，輸出低電平。當沒有光線反射回來時，輸出高電平47?？紤]到本系統(tǒng)只需要檢測簡單障礙物，沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案2。圖4 紅外光電對管測量系統(tǒng)圖2.3.2 火焰檢測方案火焰檢測有溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器以及ccd傳感器。綜合論證這幾種傳感器，因本設(shè)計使用蠟燭模擬火源，對環(huán)境溫度影響小，煙霧少，排除了煙霧傳感器。考慮到易用性，排除了ccd

35、傳感器，從而主要考慮以下三種方案。l ntc熱敏電阻和光敏晶體管測量方案圖5 ntc熱敏電阻和光敏電阻測量系統(tǒng)圖如圖5所示，利用熱敏或光敏電阻的阻值隨溫度光亮變化的特性，將熱敏或光敏電阻與線性電阻構(gòu)成分壓電路，當溫度光亮變化時其阻值變化，進而分壓變化，然后將這電壓信號經(jīng)過運放放大調(diào)理成05v的電壓信號，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號送給單片機。實驗中發(fā)現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)，空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生任何變化。光敏電阻在燈光下，易受干擾在一定范圍內(nèi)空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生變化，光敏電阻受外界干擾比較大，抗干擾能力極差，誤差偏大，不能準確測定火源位置56。l 使用紫外傳感器識別火

36、焰方案圖6 紫外線傳感器識別方案紫外線傳感器只對185260nm狹窄范圍內(nèi)的紫外線進行響應(yīng)，而對其它頻譜范圍的光線不敏感，利用它可以對火焰中的紫外線進行檢測。具有靈敏度高，檢測及時準確、抗干擾性強的特點。主要缺點是價格是紅外傳感器的8-10倍。l 紅外接收二極管識別火焰方案圖7 紅外接收二極管原理圖紅外接收二極管可以用來探測波長在700nm 1000nm范圍內(nèi)的紅外線，探測角度為60°；，其中紅外線波長在880nm附近時，其靈敏度達到最大。紅外火焰探頭將外界紅外光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，通過電位比較器來反應(yīng)高低電平的變化。外界紅外光越強，數(shù)值越?。患t外光越弱，數(shù)值越大。經(jīng)驗證紅外

37、接受二極管檢測距離遠，線性度好，檢測準確，且體積較小在機器人設(shè)計中，紅外火焰探頭起著非常重要的作用，它可以用作機器人的眼睛來尋找火源或其他物體。利用它可以制作滅火機器人、足球機器人等。綜合考慮此處選用紅外接受二極管。同時在火焰?zhèn)鞲衅髂K的設(shè)計中，在車體的前頭離地大約1520cm（相當于火焰高度）處安裝5個遠紅外火焰?zhèn)鞲衅?，各個傳感器之間呈45度角隔開。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測距離很遠，為了避免小車判斷不了火焰的遠近的情況出現(xiàn)，我們設(shè)計了一路近距離火焰?zhèn)鞲衅?。只有當這路檢測到火焰，滅火電機才啟動。經(jīng)實驗驗證，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 控制電路 本設(shè)計要實現(xiàn)對路徑的準確定位和精確測

38、量采用直流減速電機。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。我們所選用的直流電機減速比為1：74，減速后電機的轉(zhuǎn)速為100r/min。我們的車輪直徑為6cm，因此我們的小車的最大速度可以達到v=2r·v=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求；實現(xiàn)滅火工作的是采用12v直流風扇，試驗所采用的火源為小蠟燭產(chǎn)生的火焰，火勢較小，直流風扇產(chǎn)生的風力足夠在幾秒內(nèi)滅火。3.1.1 電機控制電路 電機控制電路由l298電機驅(qū)動芯片、7805芯片、電機等組成。l2

39、98驅(qū)動芯片結(jié)構(gòu)如圖8所示。 圖8 l298驅(qū)動芯片 l298n是sgs公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個h橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接受標準ttl邏輯電平信號，即可驅(qū)動46v、2a以下的電機。 圖9 電機控制原理圖如圖9所示，out1和out2，out3和out4分別接2個直流電機，in1、in2、in3、in4引腳從單片機接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，ena、enb接控制器使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)，l298的邏輯功能表如表1所示：表1電機轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼左電機右電機左電機右電機電動車運行狀態(tài)in1in2in3in41010正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前行1

40、001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)1011正轉(zhuǎn)停以左電機為中心原地左轉(zhuǎn)0110反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)1110停正轉(zhuǎn)以右電機為中心原地左轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退對于電機的調(diào)速，我們采用pwm調(diào)速的方法，其原理就是開關(guān)管在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間為t，周期為t，則電機兩端的平均電壓u=vcc*(t/t)=avcc。其中，a=t/t（占空比），vcc是電源電壓，電機的轉(zhuǎn)速與電機兩端的電壓成正比例，而電機兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機的速度與占空比成比例，占空比越大，電機轉(zhuǎn)的越快。在硬件電路的連接上，我們將單片機的io口分別連接到l298的in1和in2上，通過改變單片機io口上的高低電平變化以控制小車的前進方向，通過

41、改變單片機io口上的高低電平的占空比以控制電機的轉(zhuǎn)速8。pwm配合橋式驅(qū)動電路l298n實現(xiàn)直流電機調(diào)速，非常簡單，且調(diào)速范圍大。另外本設(shè)計特別在直流電機的電樞兩端并聯(lián)一個0.1uf的瓷片電容，以穩(wěn)定電機，不至于對單片機造成干擾，實際的使用效果不錯，省掉了通過光耦隔離tpl521實現(xiàn)單片機輸出信號與電機驅(qū)動信號隔離的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。3.1.2 滅火驅(qū)動電路 如圖10所示，滅火電機驅(qū)動采用b772三極管驅(qū)動，單片機p1.1口接三極管q1基極，當單片機給低電平信號時，三極管導(dǎo)通，接通滅火電機的電源，開啟風扇滅火。圖10 滅火電機驅(qū)動3.2 火焰測量電路火焰測量電路用來檢測火源點，該設(shè)計采用紅外接

42、收二極管，它能夠探測到波長在700納米1000納米范圍內(nèi)的紅外光，探測角度為60，其中紅外光波長在880納米附近時，其靈敏度達到最大。紅外接收二極管將外界紅外光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過電壓反應(yīng)數(shù)值的變化。外界紅外光越強，數(shù)值越?。患t外光越弱，數(shù)值越大。紅外接收二極管結(jié)構(gòu)如圖13所示： 圖13 紅外接收二極管紅外接收二極管又叫紅外光電二極管，也可稱紅外光敏二極管,英文名infrared receiverdiode。它廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中，如音響、彩色電視機、空調(diào)器、vcd視盤機、dvd視盤機以及錄像機等。它廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中，如音響、彩色電視機、空調(diào)器、vc

43、d視盤機、dvd視盤機以及錄像機等。紅外接收二極管能很好地接收紅外發(fā)光二極管發(fā)射的波長為940nm的紅外光信號，而對于其他波長的光線則不能接收。因而保證了接收的準確性和靈敏度12。 紅外接收二極管的結(jié)構(gòu)如圖13所示。最常用的型號為rpm-301b。紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mw左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用pc1373h、cx20

44、106a等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。如表2所示，下面為紅外接收二極管實測數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室內(nèi)正常日光燈環(huán)境實測結(jié)果。表2 火焰?zhèn)鞲衅鲗崪y結(jié)果無火源時，對著日光燈0.35v-0.12v10cm4.98v20cm4.88v30cm4.72v40cm3.77v50cm2.89v60cm2.34v70cm1.92v80cm1.45v90cm1.15v100cm0.96v 圖14 火焰測量電路原理圖在該電路中，當火焰?zhèn)鞲衅鳑]有檢測到火焰時，火焰?zhèn)鞲衅鞑粚?dǎo)通而使得火焰?zhèn)鞲衅鞯年枠O上拉電阻r4上拉為高電平，經(jīng)電壓器比較器比較后輸出低電平，led

45、燈亮。當檢測到火焰時，火焰?zhèn)鞲衅鲗?dǎo)通，電壓比較器輸出高電平，led燈滅。經(jīng)試驗驗證，本電路工作性能穩(wěn)定，能耗較低，能夠較好的滿足題目的需要。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測與調(diào)理電路。3.3 避障模塊 如圖15所示，本設(shè)計對障礙物的檢測采用e18-d50nk型號的紅外傳感器。e18-d50nk傳感器是一種紅外線反射式接近開關(guān)傳感器，用于物體的反射式檢測，該傳感器具有體積小，功耗低，應(yīng)用方便，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。輸出信號為數(shù)字量，不需要進行a/d轉(zhuǎn)換，可直接與單片機的i/o口相連，檢測到目標時信號線輸出是低電平，正常狀態(tài)時為高電平。為能讓對測量距離的調(diào)節(jié)，在信號輸出端需外接一個1k上拉電阻，調(diào)

46、節(jié)電位器，即可調(diào)節(jié)測量的距離。圖15 e18-d50nk紅外傳感器光電開關(guān)e18-d50nk的技術(shù)參數(shù):1、輸出電流 dc/scr/繼電器 control output：100ma/5v供電2、消耗電流 dc<25ma3、響應(yīng)時間 <2ms4、指向角：15°,有效距離3-50cm可調(diào)5、檢測物體：透明或不透明體6、工作環(huán)境溫度：-25+557、標準檢測物體：太陽光10000lx以下 白熾燈3000lx以下圖16 避障原理原理分析如圖16所示，e18-d50nk紅外光電開關(guān)發(fā)射出紅外線，被物體阻斷或部分反射，e18-d50nk內(nèi)部紅外接收管接收到反射回來的紅外線，然后有一個

47、由高到低的電壓變化，e18-d50nk內(nèi)部電壓比較器根據(jù)這個電壓的變化輸出數(shù)電信號給單片機處理。當有光線反射回來時e18-d50nk信號腳輸出低電平11。避障模塊接口電路如圖17。圖17 避障模塊接口電路· 避障模塊的安裝 在避障傳感器的設(shè)計中，我們在車體底盤的前端裝有二個避障傳感器，用來起到避開障礙物的作用。兩個傳感器微微向兩邊傾斜一點，防止有障礙物時擦邊。具體的安裝位置實物圖如圖18所示： 圖18 避障傳感器安裝實物圖3.4 液晶顯示模塊顯示電路是滅火機器人與用戶交互的接口，用戶通過顯示來觀察滅火次數(shù)和小車行進狀態(tài)。為了顯示更人性化和美觀化，選擇lcd1602液晶，工業(yè)字符型液晶

48、，能夠同時顯示16*02即32個字符，微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5x7或者5x11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義cgram，顯示效果也不好）。1602lcd是指顯示的內(nèi)容為16x2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于hd44780液晶芯片的，控制原理是

49、完全相同的，因此基于hd44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。液晶結(jié)構(gòu)如圖19圖20所示： 圖19 1602液晶結(jié)構(gòu)圖 圖20  lcd1602引腳圖管腳功能如表3所示：表3引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極液晶特性如下：·3.3v或5v工作電壓，對比度可調(diào)·內(nèi)含復(fù)位電路·提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、

50、顯示移位等多種功能·有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器ddram·內(nèi)建有192個5x7點陣的字型的字符發(fā)生器cgrom·8個可由用戶自定義的5x7的字符發(fā)生器cgram 圖21 液晶接口原理圖如圖21所示，采用電位器調(diào)節(jié)液晶的輝度，單片機的io口分別接液晶的d0d7總線，及rs、rw、en的讀寫使能端。3.5 直流電源設(shè)計電源部分的設(shè)計主要采用7805芯片，使用7805芯片搭建的電路的優(yōu)點是簡單、實用，78系列三端穩(wěn)壓ic組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。并且完全能夠滿足壁障小車單片機控制系統(tǒng)和l29

51、8n芯片的邏輯供電的供電需要。7805芯片有3個引腳，分別為輸入in端、輸出out端和接地gnd端，通常情況下可以提供1.5a的電流，在散熱足夠的情況下可以提供大于1.5a的電流。7805芯片的輸入電壓可以為9v、12v、15v不等，輸出電壓穩(wěn)定在5v，正負誤差不超過0.2v10?；谶@樣的情況再結(jié)合電機的工作電壓，本設(shè)計選取了6節(jié)干電池9v作為7805的輸入電源，搭建的電源部分電路如圖22所示。 圖22 直流電源輸出電路3.6 單片機系統(tǒng)單片機亦稱單片微電腦或單片微型計算機，它是把中央處理器（cpu）、隨機存取存儲器（ram）、只讀存儲器（rom）、輸入/輸出端口（i/0）等主要計算機功能部

52、件集成在一塊電路芯片上的微型計算機。3.6.1 單片機選型現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流c51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，相輔相成，為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地。本設(shè)計采用宏晶公司的增強型系列的stc89c52(其引腳圖如圖23所示)。stc89c52是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos的8位微處理器，俗稱單片機。該器件與工業(yè)標準的

53、mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，stc89c52是一種高效微控制器， stc89c52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖23 stc89c52引腳圖·主要特性：·與mcs-51 兼容 ·8k字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0hz-40hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部ram·32可編程i/o線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·