【正文】 1 智能滅火機(jī)器人 摘 要 文章對(duì)消 防機(jī)器人 進(jìn)行了 研究。 介紹了 消防機(jī) 器人的 背景并簡(jiǎn)單描述 系統(tǒng) 硬件 、光電 傳感 器和 火焰?zhèn)?感器 的工 作原 理，并 附以電路圖加以說明，通過傳感器連接電壓比較器輸出電平由 MF13 處理實(shí)現(xiàn)尋 找火 源。 最后由 火焰 傳感 器測(cè)距 輸入 單片 機(jī)實(shí) 現(xiàn)停車 并輸出信號(hào)控 制繼 電器 閉合從 而控 制風(fēng) 扇滅火 。論 文詳 細(xì)闡 述了程 序流程和實(shí)現(xiàn) 過程 。此 設(shè)計(jì)以 數(shù)字 集成 電路技 術(shù)為 基礎(chǔ) 并以 單片機(jī) 技術(shù)為核心。 依據(jù) 傳感 器的信 號(hào)傳 入單 片機(jī)實(shí) 現(xiàn)各 種指 令處 理。小 車在接近火源 的過 程中 左右波 動(dòng)前 進(jìn)， 躲避障 礙物 ，最 后找 到火源 打開風(fēng)扇滅火。 關(guān)鍵詞 單片機(jī)；光電傳感器；滅火裝置；復(fù)眼 2 目 錄 1 前言 ……………………………………………………3 2 機(jī)器人的相關(guān)概論 …………………………………… 6 2 . 1 機(jī)器人的發(fā)展 … … …… … … …… … … …… … … … …… … … …… … … … 6 2 . 2 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 ………7 3 硬件 ……………………………………………… 8 3 . 1 機(jī)器人外觀操作面板介紹 … …… … … …… … … … …… … … …… … … 8 3 . 2 穩(wěn)壓板，灰度檢測(cè)傳感器 … …… … … …… … … … …… … … …… … … 9 3 . 3 光電傳感器，復(fù)眼 … …… … … … …… … … …… … … …… … … … …… … 10 3 . 4 執(zhí)行機(jī)構(gòu) … … …… … … …… … … … …… … … …… … … … …… … … …… … … 11 4 軟件電路設(shè)計(jì) …………………………………………… 12 4 . 1 軟件總體設(shè)計(jì)方案 … …… … … … …… … … …… … … …… … … … …… … … 13 4 . 2 v j c 軟件介紹 … … … …… … … …… … … …… … … … …… … … …… … … … … 1 4 4 . 3 子程序 … … …… … … …… … … … …… … … …… … … … …… … … …… … … … … 16 4 . 4 硬件電路軟件電路 … …… … … … …… … … …… … … …… … … … …… … … 2 2 5 總結(jié) ……………………………………………………… 25 6 參考 文獻(xiàn) ………………………………………………… 26 7 源程序 …………………………………………………… 27 3 前 言 目前由于人們的防火意識(shí)比較差，生活中火災(zāi)頻發(fā)，消防戰(zhàn)士在滅火中犧牲寶貴生命的事件不在少數(shù)，迫切要求機(jī)器代替人去執(zhí)行滅 火 任務(wù) 。 針 對(duì)這 個(gè) 問 題， 前 人已 經(jīng) 做了 很 多的 研 究， 有 基于 MSP430 的滅火小車，能實(shí)現(xiàn)滅火功能。還有的是人為地控制機(jī)器人的活動(dòng)和滅火，這樣使得不得不靠人來控制，浪費(fèi)人力資源，不能 很 好的 實(shí) 現(xiàn)滅 火 的效 果 。 此 設(shè)計(jì) 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(shí)，力求對(duì)消防機(jī)器人設(shè)計(jì)達(dá)到更深的了解和 研 究， 促 進(jìn) 消 防 機(jī) 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(jià) 值 。 在未來智能化和機(jī)械化的世界中，尤其是在消防事業(yè)中，一款好的機(jī)器的使用能夠達(dá)到事半功倍的效果。消防機(jī)器人的應(yīng)用前景非常明朗。 消防機(jī)器人隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑和企業(yè)生產(chǎn)的特殊性，導(dǎo)致化學(xué)危險(xiǎn)品和放射性物質(zhì)泄漏以及燃燒、爆炸、坍塌的事故隱患增 加，事 故發(fā)生 的概率 也相應(yīng)提 高。 一旦發(fā) 生災(zāi)害 事故，消防員面對(duì)高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時(shí)，若沒有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，不僅不能完成任務(wù)，還會(huì)徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊(duì)已歷經(jīng)諸多血的教訓(xùn)。 4 尤其是當(dāng)新消防法出臺(tái)后，搶險(xiǎn)救援已成為公安消防部隊(duì)的法定 任務(wù)，面對(duì)新時(shí)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(jī)器人的配備顯得日益重要。消防部隊(duì)將面對(duì)的火災(zāi)和應(yīng)急救援的形勢(shì)相當(dāng)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(shí)增強(qiáng)消防部隊(duì)撲救大火的能力，也為更好地保護(hù)廣大官兵的生命安全，配備消防機(jī)器人已勢(shì)在必行。機(jī)器人自 60 年代初問世以來，經(jīng)歷 40 余年的發(fā)展，己經(jīng)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，社會(huì)各行各業(yè)皆可見其身影。 從 1986 年日本東京消防廳首次在滅火中采用了 “彩虹 5 號(hào)” 機(jī)器人 后，消 防機(jī)器 人就逐 漸在滅 火救災(zāi)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，消防機(jī)器人技術(shù)也得到快速的發(fā) 展。截至目前，消防機(jī)器人已經(jīng)穩(wěn)步向高端智能機(jī)器人前進(jìn)。目前由于人們的防火意識(shí)比較差，生活中火災(zāi)頻發(fā)，消防戰(zhàn)士在滅火中犧牲寶貴生命的 事 件不 在 少數(shù) ， 迫切 要 求 機(jī)器 代 替人 去 執(zhí)行 滅 火任 務(wù) 。 針對(duì)這個(gè)問題，前人已經(jīng)做了很多的研究，有基于 MSP430 的滅火小車，能實(shí)現(xiàn)滅火功能。還有的是人為地控制機(jī)器人的活動(dòng)和滅火，這樣使得不得不靠人來控制，浪費(fèi)人力資源，不能很好的實(shí)現(xiàn)滅火的效 果 。 此設(shè) 計(jì) 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(shí)，力求對(duì)消防機(jī)器人設(shè)計(jì)達(dá)到更深的了解和研究，促進(jìn)消防機(jī)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(jià)值 。 在 未來 智 能化 和 機(jī)械 化 的 5 世界中，尤其是在消防事業(yè)中，一款好的機(jī)器的使用能夠達(dá)到事半功倍的效果。消防機(jī)器人的應(yīng)用前景非常明朗。 消防機(jī)器人隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑和企業(yè)生產(chǎn)的特殊性，導(dǎo)致化學(xué)危險(xiǎn)品和放射性物質(zhì)泄漏以及燃燒、爆炸、坍塌的事故隱患增 加，事 故發(fā)生 的概率 也相應(yīng)提 高。 一旦發(fā) 生災(zāi)害 事故，消防員面對(duì)高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時(shí)，若沒有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，不僅不能完成任務(wù)，還會(huì)徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊(duì)已歷經(jīng)諸多血的教訓(xùn) 尤其是 當(dāng)新消防法出臺(tái)后，搶險(xiǎn)救援已成為公安消防部隊(duì)的法定任務(wù)，面對(duì)新時(shí)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(jī)器人的配備顯得日益重要。消防部隊(duì)將面對(duì)的火災(zāi)和應(yīng)急救援的形勢(shì)相當(dāng)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(shí)增強(qiáng)消防部隊(duì)撲救大火的能力，也為更好地保護(hù)廣大官兵的生命安全，配備消防機(jī)器人已勢(shì)在必行。機(jī)器人自 60 年代初問世以來，經(jīng)歷 40 余年的發(fā)展，己經(jīng)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，社會(huì)各行各業(yè)皆可見其身影。 從 1986 年日本東京消防廳首次在滅火中采用了 “彩虹 5 號(hào)” 機(jī)器人 后，消 防機(jī)器 人就逐 漸在滅 火救 災(zāi)領(lǐng) 域 得到 廣 泛 的 應(yīng) 用 ，消 防 機(jī) 器 人 技術(shù) 也 得 到 快 速 的發(fā) 展 。 截 至前，消防機(jī)器人已經(jīng)穩(wěn)步向高端智能機(jī)器人前進(jìn)。 6 2 機(jī)器人的相關(guān)概況 機(jī)器人技術(shù)作為 20 世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自 20 世紀(jì)60 年代初問世以來，經(jīng)歷 50 年 發(fā)展以取得長(zhǎng)足的 進(jìn)步。未來的機(jī)器人是一種能夠代替人類在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下從事危險(xiǎn)、復(fù)雜勞動(dòng)的自動(dòng)化機(jī)器，是集機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、控制論、計(jì)算機(jī)、人工智能和系統(tǒng)工程等多科學(xué)知識(shí)于一身的高新技術(shù)綜合體。走向成熟的工業(yè)機(jī)器人，各種用途的特種機(jī)器人的多用化，昭示著機(jī)器人技術(shù)的燦爛明天。 2． 1 機(jī)器人的發(fā)展 對(duì)于 當(dāng) 今世 界而 言 ，隨 時(shí) 都有 可 能發(fā) 生 突發(fā) 事件 ， 例如 ： 火災(zāi)，塌陷，洪澇等。有些是人可以解決的，而有些卻是人類無能為力的。所以這時(shí)就需要機(jī)器人來解決。它可以進(jìn)入人類無法進(jìn)入的地方，做許多人做不到的事情，使危害和損失降低。現(xiàn)在，隨著科技的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)小型智能系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，種類也越來越多。本題目就是結(jié)合相關(guān)科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題，所設(shè)計(jì)的智能尋跡滅火機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)火源、自動(dòng)尋跡、自動(dòng)前進(jìn)接近火源完成滅火任務(wù)的功能。 7 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 本 機(jī) 器 人 以ARM 芯片為控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能控制。此控制系統(tǒng)不僅在機(jī)器人中有很強(qiáng)的使用價(jià)值，在汽車領(lǐng)域，智能家居等方面都有很高的是實(shí)用價(jià)值，尤其在智能機(jī)器人領(lǐng)域有很高發(fā)展前景。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相聯(lián)系，具有很重要的意義。 要研究或解決的問題： 在設(shè)計(jì)上，使用紅外傳感器采集火源信號(hào)并將其信號(hào)傳給控制器，由控制器做出判斷把信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇完成滅火。 而滅火機(jī)器人，則是這發(fā)展過程中重要的一種，本文則以簡(jiǎn)要概括。 8 3 硬件 機(jī)器人的尺寸：長(zhǎng) 31cm、寬 31cm、高 27cm 范圍以內(nèi)由控制器控制 控制器 9 穩(wěn)壓板 使程序運(yùn)行更穩(wěn)定 灰度檢測(cè)傳感器 把機(jī)器人前面 多通道 地面灰 度放置與 黑線平 齊。 1 運(yùn)行黑白檢測(cè) 程序， 點(diǎn)擊屏幕 ，出現(xiàn) 紅色圓點(diǎn) 。 2 再把機(jī)器人后 面多通 道地面灰 度放置 與黑線平 齊， 3 運(yùn)行黑白檢測(cè) 程序， 點(diǎn)擊屏幕 ，出現(xiàn) 紅色圓點(diǎn) 。 4 把機(jī)器人放到 全白上 ，點(diǎn)兩下 屏幕 . 5 檢測(cè)正確會(huì)出 現(xiàn) 16 個(gè) OK 10 光電傳感器 紅外光電傳感器可以測(cè)量 10~80cm 范圍內(nèi)的物體，并通過模擬信號(hào)連接到 MF12/MF13 控制器上。有障礙物返回 0，無障礙物返回 復(fù)眼 復(fù)眼模塊，是由若干個(gè)紅外感光單元構(gòu)成的，能夠同時(shí)多方位測(cè)量紅外光強(qiáng)弱的電子部件。通過 RS485 接口和控制器連接，就可以實(shí)現(xiàn)方便、快捷地讀取多個(gè)方向的火焰（紅外光）強(qiáng)度。 / 讀取對(duì)應(yīng)復(fù)眼傳感器 32（調(diào)制復(fù)眼 14 通道）各個(gè)方向上讀數(shù)最大值， EY E 表述的是對(duì)應(yīng)的復(fù) 眼 編 號(hào) ， 范圍 0 或者 1 Int EyeInMax() ； / 讀取復(fù)眼傳 感 器 22（ 調(diào) 制 復(fù)眼 14 通道）各方向上最大值所在方向編號(hào) Int EyeInMax 11 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 12 4 軟件電路設(shè)計(jì) 軟件，總體設(shè)計(jì)方案 13 整個(gè)電路分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、尋跡傳感器模塊、單片機(jī)控制模塊、 火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊六個(gè)模塊。 首先利用紅外對(duì)路面信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，利用火源傳感器檢測(cè)火源信號(hào)，兩種信號(hào)經(jīng) 過處理之后，送給單片機(jī)控制模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，輸出相應(yīng)的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊驅(qū) 動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制整個(gè)小車的運(yùn)動(dòng)滅火機(jī)器人，小車的方案設(shè)計(jì)與論并利用開發(fā)板做控制驅(qū)動(dòng)小車。 14 VJC 程序介紹 ：用 VJC 編寫程序時(shí)，要在模塊庫(kù)中選擇你所需要的模塊，將它拖入到流程圖生成區(qū)，并且將此模塊與程序主體連接上，才能在程序中發(fā)揮作用。 模塊一旦連接上，在 JC 代碼顯示區(qū)（參見圖 41）就會(huì)自動(dòng) 生 成與 之 相 對(duì)應(yīng) 的 JC 代 碼 ，當(dāng) 流 程圖 完 成后 ， JC代碼程序也就形成了，這也是程序有效的一個(gè)標(biāo)志。如果沒有連接 上， JC 代 碼顯示 區(qū)就不 會(huì)出現(xiàn) 相應(yīng)的 代碼，這時(shí)模塊對(duì)程序不起作用。 ：要在 程序 的末 端新 增一 個(gè)模塊 ，先 在模 塊庫(kù) 中點(diǎn) 擊需 要增加的模塊，模塊就可隨光標(biāo)移動(dòng)了，將新增模塊拖到流程圖生成區(qū)中，放在程序末端，光標(biāo)的頂點(diǎn)放在上方模塊的紅 點(diǎn) 15 處，單擊鼠標(biāo)，新增模塊就與程序主體連接上了。 注：?jiǎn)?擊菜 單欄 中的 視圖 選項(xiàng)卡 ，在 下拉 菜單 中選 擇“ 連接指示”選項(xiàng)，可以顯示 /隱藏模塊上的紅點(diǎn)。 1) 打開 JC 代碼 顯示 區(qū)， 觀察是 否生 成了 與新 增模 塊對(duì)應(yīng)的 JC 代碼。 下面介紹兩種需要“移動(dòng)”操作的情況：要將圖 6－ 2 中模塊B 調(diào)整到模塊 C 的后面，步驟可參看圖 62(1)(6)。 圖 62 調(diào)整程序的前 后 順 序 16 子程序 有時(shí)候 要求 某一 段功能 需要 在程 序中 重復(fù)出 現(xiàn)， 或者 復(fù)雜 的程序需要進(jìn)行局部封裝，就可以用到子程序。 VJCPOWERON 能很方便地支持子程序 ,與多任務(wù)?？梢酝瑫r(shí)創(chuàng)建多達(dá) 10 個(gè)子程序與 16個(gè)子任務(wù)。子程序與子任務(wù)的編程方法將在后面將詳細(xì)介紹，這里先來看看與之相關(guān)的程序模塊。 ――結(jié)束模塊―― 圖標(biāo) 模塊 對(duì)話框 無設(shè)置對(duì)話框 1) 功能：用于給主程序或任務(wù)加一個(gè)結(jié)束標(biāo)志，該模塊產(chǎn)生JC 代碼 return。結(jié)束模塊后不能再連接其他模塊。