【正文】 軟件編寫工作，最后達到最優(yōu)算法的選擇和實現(xiàn)。經(jīng)分析，以下是機械驅(qū)動控制算法實施前所需解決的問題：多傳感器信息的融合多傳感器融合，是指將多個傳感器采集的信息進行合成，形成對環(huán)境某一特征的綜合描述的一種方法。多傳感器信息融合算法可以分為以下四類:估計方法、分類方法、推理方法和人工智能方法。移動機器人對障礙物信息的獲取主要是通過紅外測距傳感器，機器人在障礙環(huán)境中前進，必須知道其周圍的障礙物距離參數(shù)，因此配置多個紅外測距傳感器是必要的，它們分布在機器人的不同部位，檢測不同方向上的信息。多個傳感器的使用主要體現(xiàn)在信息的冗余性和互補性上。通過多個傳感器對周圍障礙物對象的冗余和比較完全的表達，將減少由于各傳感器的感知誤差和有限的感知范圍而帶來的整個系統(tǒng)的不確定性。此外，當(dāng)某個傳感器失效時，通過冗余信息還可以彌補缺損的信息，提高系統(tǒng)的魯棒性。但是隨著多傳感器帶來的信息的全面、感知范圍的擴大和誤差的減小等方面優(yōu)點的同時，也帶來了如計算量加大、處理速度慢和規(guī)則庫迅速變大等缺點。因此必須對傳感器信號進行融合，以達到最優(yōu)信號的效果。避障 滅火機器人在未知環(huán)境中運動時，機器人所檢測到的障礙物信息都是局部的，根據(jù)不同的局部障礙物信息來規(guī)劃當(dāng)前移動機器人的行走策略是移動機器人在未知壞境中能進行路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)。因此，可以通過移動機器人超聲測距傳感器信息所感知的局部環(huán)境來分析規(guī)劃行走路徑。路徑規(guī)劃基于已知地圖的路徑規(guī)劃：滅火機器人在迷宮地圖中運動前就根據(jù)在迷宮地圖規(guī)劃好了一條運動路徑，滅火機器人就沿著這條路徑從起點運動到目標(biāo)點來尋找火源。在完成以上工作的基礎(chǔ)上，負責(zé)驅(qū)動部分軟件調(diào)試過程中的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、各種結(jié)果的記錄分析和解釋，并對驅(qū)動的軟件調(diào)試提出自己的分析意見和改進意見并實現(xiàn)。自動找火源利用電子復(fù)眼傳感器的測量值判斷火源的位置，然后驅(qū)動電機走向火源。通過連接一個電子復(fù)眼傳感器，機器人可以探測到180度的視角范圍的火源或高熱源。算法的優(yōu)化 根據(jù)大賽的要求以及比賽場地的實際環(huán)境調(diào)整算法，使滅火機器人的能夠穩(wěn)定快速的完成尋找火源并滅火的任務(wù)。在順利完成任務(wù)的前提下，對機器人在滅火的過程中出現(xiàn)的振蕩、運動軌跡等進行優(yōu)化。第二章 Probots滅火機器人硬件介紹圖21 主控制系統(tǒng)硬件框圖(1)處理器 采用東南大學(xué)自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片SEP3203F50(2)存儲器存儲器類型芯片型號使用片數(shù)尋址大小片選對應(yīng)SEP3203 芯片管腳說明ESRAM 片上靜態(tài)SRAM 1 20Kbyte NOR FLASH TE28F160 1 2Mbyte nCSA SDRAM K4S641632H 1 8Mbyte nCS（GPA3） 兼容16/32Mbyte表21存儲器參數(shù)(3)輸出I/O口驅(qū)動電路設(shè)計 圖22 輸出I/O口驅(qū)動（4）電源系統(tǒng)設(shè)計 圖23 電源系統(tǒng)（5）鍵盤、LCD顯示器電路設(shè)計圖24鍵盤電路圖25 LCD顯示器圖26 傳感器系統(tǒng)硬件框圖模擬量傳感器數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字量傳感器數(shù)據(jù)的采集、傳感器系統(tǒng)和主控制器之間的通訊。 圖27 底層通信模塊標(biāo)簽號1VCC2模擬地3AD信號線4VCC5數(shù)字地6SCL（I2C時鐘線）7SDA（I2C地址線）表22傳感器接口實物圖接口含義圖28 傳感器接口實物圖圖 29數(shù)字信號輸入接口電路框圖數(shù)字信號輸入接口電路：數(shù)字量傳感器的數(shù)字信號通過I2C串口輸入單片機，如圖29所示。接在I2C總線上的設(shè)備必須是不同I2C地址，否則就不能正常傳輸數(shù)據(jù)，那么相同I2C設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸就成為困難。為了解決這個問題，本傳感器系統(tǒng)增加了雙向緩沖芯片CD4066[23]，當(dāng)有相同I2C地址設(shè)備接在I2C的總線上時，輪流導(dǎo)通相同I2C地址設(shè)備的時鐘線和數(shù)據(jù)線，確保同一時刻在I2C總線上的設(shè)備地址不同，這樣就可以實現(xiàn)了相同I2C地址設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。執(zhí)行系統(tǒng)一般由直流電機驅(qū)動機械傳動機構(gòu)來完成動作 。輪式機器人的執(zhí)行系統(tǒng)，完成前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎等基本功能。PROBOTS滅火機器人采用L29H 橋驅(qū)動額度電壓為12伏的直流電機來完成動作。第三章 Probots滅火機器人機械驅(qū)動部分硬件設(shè)計(1)直流電機 圖31脈寬調(diào)制波形(2)步進電機 A1A2B1B21－＋－＋2－＋＋－3＋－＋－4＋－－＋表31二相步進電機雙拍工作方式BB’AA AA’圖32 二項步進電機控制波形速度控制：通過時序信號的頻率來達到速度控制方向控制：步進信號的順序來控制半導(dǎo)體H橋： 圖33是我們實際使用的H橋電路的真正形式。如果將兩個高位電路或者兩個低位電路同時接通，馬達會自動制動。這是因為當(dāng)沒有電源供給時，馬達在自由轉(zhuǎn)動的情況下是處于發(fā)電狀態(tài)，同位的電路接通，相當(dāng)于將馬達的兩端“短接”，那么馬達會因為短路、這相當(dāng)于接了一個無限大功率的電爐即一個很大的負載，所以馬達就會產(chǎn)生“電”制動；當(dāng)你把馬達兩端懸空 后，它就恢復(fù)自由了。為了以避免馬達的反電動勢的危害，我們?nèi)匀恍枰诰w管兩端接二極管，因為馬達線圈在電路開閉瞬間產(chǎn)生的反向電動勢通過會高過電源，這樣對晶體管和電路會有很大的影響甚至燒毀零件。半導(dǎo)體晶體管本身有導(dǎo)通電阻，在通過大電流時會明顯發(fā)熱，如果沒有散熱措施會很容易燒毀。這樣就會限制電路功率的增加。MOSFETS（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管），這里簡稱MOS管，由于結(jié)構(gòu)和原理的不同，導(dǎo)通電阻遠比普通三極管低，允許流過更大的電流。而且MOS管都內(nèi)置有反向二極管來保護管子本身。所以采用MOS管連接H橋不但效率可以提高，電路也可以簡化。使用MOS管搭建H橋，高位電路要用P溝道管；低位要用N溝道管。因為N溝道管比P溝道管便宜的多，所以有人用N溝道管在高位，加上削波電路來抑制反電動勢。應(yīng)用H橋的關(guān)鍵是四個電路開閉狀態(tài)的準(zhǔn)確。一旦在電源和地之間出現(xiàn)通路，毫無疑問會立刻產(chǎn)生短路。下面我們介紹一些H橋的集成電路，這樣我們可以更容易更安全的使用H橋。常用H橋集成電路:L293內(nèi)置兩個H橋，每個橋提供1A的額定工作電流，和最大2A的峰值電流。它能驅(qū)動的馬達一般是不超過35毫米照片膠卷筒大小。 L298內(nèi)置兩個H橋，每個橋提供1A的額定工作電流，和最大3A的峰值電流。它能驅(qū)動的馬達不超過可樂罐大小。 LMD18200內(nèi)置1個H橋，工作電流2~3A，峰值電流6A。它驅(qū)動可樂罐大小的馬達。電機正轉(zhuǎn)：圖33 H橋中電機正轉(zhuǎn)示意圖電機反轉(zhuǎn)：圖34 H橋中電機反轉(zhuǎn)示意圖PWM1： PWM1： PWM2： PWM2： 電機正轉(zhuǎn) 電機反轉(zhuǎn)圖35 PROBOT滅火機器人電機驅(qū)動電路圖36 PROBOT滅火機器人電機驅(qū)動電路實物圖 小結(jié) 由于SEP3203處理器自帶PWM輸出，在配合定時器來調(diào)節(jié)脈沖寬度；同時滅火機器人是通過傳感器感知外部環(huán)境從而控制電機的轉(zhuǎn)動，不需要精確的計算步長，又考慮成本的問題，因此我們選擇直流電機作為主驅(qū)動電機。由于第三屆江蘇省大學(xué)生機器人大賽對機器人大尺寸有明確的規(guī)定，同時為減輕機器人小車的自重，我們選擇體積較小、市場上容易買到的L298作為驅(qū)動。第四章 軟硬件調(diào)試與方案校驗（1）硬件接口名稱PIN 1PIN 2PIN 3PIN 4PIN 5PIN 6PIN 7PIN 8JP25電機控制信號輸出口10電機控制信號輸出口9JP26電機控制信號輸出口12電機控制信號輸出口11JP23電機控制信號輸出口6電機控制信號輸出口5JP24電機控制信號輸出口8電機控制信號輸出口7JP21電機控制信號輸出口2電機控制信號輸出口1JP22電機控制信號輸出口4電機控制信號輸出口3表41 電機接口定義（2）電機信息列表的定義（參考程序代碼） ifndef _DCMOTOR_ define _DCMOTOR_ unsigned int endif ifndef DCMOTOR_mleftdefine DCMOTOR_mleft 1// 1,2接口 左側(cè)電機接口endififndef DCMOTOR_mrightdefine DCMOTOR_mright 2 // 3,4接口 右側(cè)電機接口endififndef DCMOTOR_Firedefine DCMOTOR_Fire 3 // 滅火電機接口endif（3）控制函數(shù)DcMotor(_DCMOTOR_ DCmotor_ID, unsigned int State , unsigned int Speed )，此函數(shù)的功能是把直流電機的參數(shù)添加到電機信息列表中。函數(shù)的第一個參數(shù)表示直流電機的位置信息（0~12）；第二個參數(shù)是直流電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)信息（0：正轉(zhuǎn)；1：停止；2：反轉(zhuǎn)）；第三個參數(shù)是直流電機轉(zhuǎn)動速度（0~100）。（4）轉(zhuǎn)彎的方法： 一個不動一個前進：靠近的轉(zhuǎn)彎 DcMotor(DCMOTOR_mleft,0,70)。 DcMotor(DCMOTOR_mright,1,70)。 一個不動一個后退：遠離的轉(zhuǎn)彎 DcMotor(DCMOTOR_mleft,1,70)。 DcMotor(DCMOTOR_mright,0,70)。 一個前進一個后退：原地急轉(zhuǎn)彎 DcMotor(DCMOTOR_mleft,2,70)。 DcMotor(DCMOTOR_mright,0,70)。 一個馬達快，一個馬達慢（同方向） DcMotor(DCMOTOR_mleft,0,10)。 DcMotor(DCMOTOR_mright,0,70)。當(dāng)機器人在前進的過程中探測到障礙物接近機器人時，機器人應(yīng)該改變運動軌跡，以避免碰撞。圖41給出了自動避障的流程圖，機器人首先探測前方距離是否小于20，如果小于，再判斷左側(cè)距離是否小于右側(cè)距離，如果小于則原地右轉(zhuǎn)，否則原地左轉(zhuǎn)；從以下流程圖可以看出，機器人根據(jù)探測到的障礙物的距離做出相應(yīng)的動作，從而避免碰撞。圖41 自動避障流程圖實現(xiàn)火源尋找的功能從原理上是通過分析電子復(fù)眼傳感器的測量值判斷火源的位置，然后驅(qū)動電機走向火源。通過連接一個電子復(fù)眼傳感器，機器人可以探測到180度的視角范圍的火源或高熱源。程序流程圖如圖42 所示。圖42 自動找火流程圖 如流程圖所示機器人啟動后將會讀取電子復(fù)眼的測量數(shù)據(jù)，如電子復(fù)眼的測量數(shù)據(jù)最大值超過250則認為已經(jīng)到火源面前，故程序控制機器人停止行進。如測量的最大值小于35則認為沒有火源所以機器人不會行進。如果測量的最大值大于35小于250，則程序會對電子復(fù)眼傳回的數(shù)據(jù)進行進一步的分析，找到火源的具體方位并行進過去。(完成軌跡運動) 機器人以左手法則（右手法則）沿著墻壁前進。當(dāng)前灰度遇到白線跳出。本文中是依靠左前LF、左后LB（右前RF、右后RB）兩個紅外的差值來判斷機器人的狀態(tài)。由于紅外測距傳感器生產(chǎn)過程中造成的細微差別，再加上安裝時并不能保證兩邊的傳感器絕對對稱，所以左前、左后（右前、右后）兩個傳感器的輸出并不相等。假設(shè)平行時左前、左后（右前、右后）兩個灰度差為X，左前、左后（右前、右后）兩個灰度差與X相差很少的情況下，可以認為機器人是與墻壁是平行的，這時機器人可以全速前進。如果相差過大，說明機器人與墻壁不平行，這時就需要調(diào)整機器人轉(zhuǎn)到與墻壁平行。還有些地方需要配合正前F或正后B紅外測距來控制機器人轉(zhuǎn)彎以防止機器人撞向前面的墻壁。圖43 是沿墻走流程圖(左手法則)。圖43 沿墻走流程圖(左手法則)由于不同機器人的硬件性能存在差異，因此調(diào)試程序是必要的。通過幾個月的調(diào)試，總結(jié)出以下經(jīng)驗和調(diào)試技巧，嚴(yán)格按照下面的步驟調(diào)試，將達到事半功倍的效果，使調(diào)試過程充滿樂趣。觀看滅火視頻觀看機器人滅火視頻，借鑒前人的經(jīng)驗，進一步了解機器人完成任務(wù)的整個過程。整理場地整理好滅火場地，使場地標(biāo)