滅火機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-文庫吧
2025-06-09 05:53 本頁面
【正文】 根據(jù)課題設(shè)計(jì)的要求和課題目標(biāo)，我制定出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并通過比較論證，選擇合適的器件。最終確定手工制作小車，采用ATMEGA128單片機(jī)作為主控制器，用ST178型光電對(duì)管進(jìn)行避障，TTS型熱釋電非接觸式溫度傳感器作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?，L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)方案。 整體方案設(shè)計(jì) 課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡易滅火機(jī)器人模型，能到指定區(qū)域進(jìn)行滅火工作（以蠟燭模擬火源，分布在小車行走的場(chǎng)地中）。小車必須通過內(nèi)部設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況進(jìn)行分析并做出相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到小車智能滅火的目的。 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、避障傳感器模塊、避障模塊、火焰?zhèn)鞲衅?、滅火系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)模塊等模塊構(gòu)成，本系統(tǒng)的方框圖如圖21所示 圖21系統(tǒng)方框圖為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 硬件實(shí)現(xiàn)方案 MCU的選擇的選擇的選擇的選擇近年來，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，為智能裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)帶來了很大的便利。但在開發(fā)設(shè)計(jì)中選擇合適的MCU帶來了很大的困難。方案2：采用凌陽公司的16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽單片機(jī)應(yīng)用語音處理和辨識(shí)時(shí)，由于其占用的CPU資源較多而使得凌陽單片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。本系統(tǒng)主要是進(jìn)行避障和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)以及電機(jī)的控制，兼有聲音報(bào)警。如果單純的使用凌陽單片機(jī)，在語音播報(bào)的同時(shí)小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和編程的簡潔性考慮，我放棄了單純使用凌陽單片機(jī)而考慮其它的方案。 電機(jī)選擇 本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車，對(duì)于電動(dòng)車來說，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。下面我們分析了幾種常見電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 舵機(jī)，顧名思義是控制舵面的電動(dòng)機(jī)。舵機(jī)的出現(xiàn)最早是作為遙控模型控制舵面、油門等機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來源，但是由于舵機(jī)具有很多優(yōu)秀的特性，在制作機(jī)器人時(shí)也時(shí)常能看到它的應(yīng)用。舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍一般不能超過180 度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。比方說機(jī)器人的關(guān)節(jié)、飛機(jī)的舵面等...直流電機(jī)能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，控制方便，因此我選擇以直流電機(jī)做為小車行進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用舵機(jī)來做小車的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)。 傳感器的選擇 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇火焰檢測(cè)有紫外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器以及CCD圖像傳感器。用光敏電阻作為傳感器。所謂光敏，就是對(duì)光反應(yīng)敏感。光敏電阻在光照條件下電阻值隨外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化的組件，光越強(qiáng)阻值越小，光越弱阻值越大。CDS光敏電阻，靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及γ值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下，仍能保持其高度的穩(wěn)定性和可靠性，廣泛應(yīng)用于光探測(cè)和光自控領(lǐng)域中。但自然光對(duì)光敏電阻影響較大，因此我們不采用此方案。尋跡傳感器用ST178型光電對(duì)管。ST178為反射取樣式紅外線對(duì)管作為核心傳感器件。它采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，以非接觸檢測(cè)方式，檢測(cè)距離可調(diào)整范圍大，410mm可用。ST178的示意圖和特性曲線如圖23所示。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。因此我選擇了方案3。 (a) ST178示意圖 (b) ST178特性表避障傳感器的選擇用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是：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(hào)放大后送入單片機(jī)。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。但是超聲波傳感器需要40KHz的方波信號(hào)來工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)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(shí)現(xiàn)。而用單片機(jī)作為方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。因此我考慮其他的方案 硬件總體設(shè)計(jì)方案37經(jīng)過反復(fù)比較論證，我最終確定了如下方案： 手工制作車體。 采用Atmega128單片機(jī)作為主控制器 用ST178型光電對(duì)管進(jìn)行避障。 熱釋電紅外測(cè)溫傳感器作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅鳌?L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 使用蜂鳴器進(jìn)行滅火報(bào)警。 軟件總體設(shè)計(jì)方案 傳感器組把測(cè)得溫度分別通過模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過一定的處理，比較得出溫度最高的三個(gè)傳感器，根據(jù)能量在自由空間的衰減規(guī)律可知，火源與傳感器的距離與傳感器測(cè)得溫度的大小呈負(fù)相關(guān)，溫度越高，距離火源越近，所以，火源即在這三個(gè)傳感器所對(duì)的那個(gè)方向上。具體的方位可以通過相應(yīng)的公式計(jì)算出來，調(diào)整小車方向并通過避障傳感器避障前進(jìn)到火源位置驅(qū)動(dòng)滅火風(fēng)扇進(jìn)行滅火。 3 硬件單元電路設(shè)計(jì)本章主要講述了以AT89S52為主控制器，設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件電路。主要硬件電路有：尋線與控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、火焰檢測(cè)電路、滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路以及聲音報(bào)警電路。 電源電路 、150mA的峰值電流，在考慮到其它外圍芯片的供電電壓和功耗，最終選擇LM2940這種專為大功率供電使用的芯片提供5V供電，電源電路如圖31。 圖31 ATmega128單片機(jī)介紹 ATMEL公司的 8位系列單片機(jī)的最高配置的一款單片機(jī)，應(yīng)用極其廣泛。ATmega128主要特性如下： 高性能、低功耗的 AVR 8 位微處理器 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) – 133 條指令 – 大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成– 32 x 8 通用工作寄存器 + 外設(shè)控制寄存器 – 全靜態(tài)工
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