【正文】 能完成各種動作，它還有一個特點是根據(jù)人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點，就是它可以編程，改變它的工作、動作、工作的對象，和工作的一些要求，它是人造的機器或機械電子裝置。消防機器人作為消防部隊中的新興力量，加入了搶險救災的行列。為此，我們組打算做滅火機器人。這一點對我們來說最重要，也是我們所要在整個畢業(yè)設計中尋找的最終目的。目前已有很多種功能不同的消防機器人用于救災現(xiàn)場。亞利桑諾州消防部門研制的消防機器人，裝有破拆工具和消防水槍，能一邊破拆，一邊噴射滅火。機械手用來啟閉閥門、搬移物品或開門等。比如，高層建筑發(fā)生火災時，消防人員不可能在短時間內(nèi)到達高處的火災發(fā)生地點，在地下建筑中，2 概述 4 由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災時，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時極易中毒。 本次系統(tǒng)開發(fā)主要有三個步驟： （ 1） 系統(tǒng)總體方案的設計 （ 2） 系統(tǒng)的硬件設計 （ 3） 系統(tǒng)的軟件設計 系統(tǒng)總體方案的設計 本系統(tǒng)是滅火機器人的火源探測部分，包括火源的定向定位。 首先 ， 是數(shù)據(jù)采集也即是測溫模塊，該模塊由包括八個紅外測溫傳感器的傳感器組組成 。 火源探測模塊的框圖如 圖 31 所示 ： 圖 31 系統(tǒng)的軟件設計 該部分的軟件設計主要是涉及到傳感器測得溫度與火源定位的關系。 系統(tǒng)方案設計 中考慮的綜合因素 總體方案做指導，指揮全局，設計的初期只能做個大 的方向大體規(guī)劃，方案要不斷修改，才能體現(xiàn)其完善。 ●所設計的硬件系統(tǒng)的資源能否滿足要求，比如說：片上的 ROM 和 RAM 能否滿足軟件要求， 傳感器的選擇是否符合算法要求等 。 圖 41 1．主要特性： 三級程序存儲器保密鎖定 6 個中斷源 4 實驗系統(tǒng)的硬件設計 9 GND：接地。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行 校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止 ，置位無效。 /EA/VPP ：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL24 實驗系統(tǒng)的硬件設計 11 應不接。 此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 ADC0809 ADC0809 的引腳如圖 42 所示，它采用 28 線雙列直插式封裝。在多路開關控制下，某一時刻只能有一路模擬量經(jīng)相應通道輸入到 A/D 轉換器的比較器中。該信號的上升沿用以清除 ADC 內(nèi)部寄存器，下降沿用以啟動 A/D 轉換器工作。該信號用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，將轉換后的 8 位數(shù)據(jù)送至單片機的數(shù)據(jù)總線上。它們可以不與本機電源和地相連，但 不得為負值，且不得高于 ，還要滿足 [ + ]/2 與 /2之差不得大于 。 熱釋電紅外傳感器 TTS1000 和 TTS2021 系列是根據(jù) LiTaO3 的熱 釋電效應設計的，用作檢測器的熱釋電材料具有自發(fā)極化，其晶面能俘獲大氣中的自由電荷，從而保持中性，當晶面溫度稍有變化即引起自發(fā)極化強度的變化，從而使晶面電荷量發(fā)生相應的變化。 C 負載阻抗/kΩ 功率 /mW 耐溫性 /（ %） 響應頻率/Hz 電壓 /VDC 電流 /mA 電壓靈敏度 /（ V/W） 100~1200 20~60 10 0． 25 5 0． 3~100 5 20 250~400 硬件電路的實現(xiàn) 信號采集部分 信號采集是系統(tǒng)通過紅外測溫傳感器來測溫度 ,如 圖 44 所示 ,左邊為紅外傳感器組 ,是信號的原始采集部分，它由八個紅外測溫傳感器組成。 4 實驗系統(tǒng)的硬件設計 15 圖 45 ADC0809 的控制時序如 圖 46 所示。確定模擬通道的 ADDA， ADDB， ADDC 信號，可以在 8951 提供的地址線和數(shù)據(jù)線中任意選用，但程序指令也要作相應的變化。 2） 查詢方式 ADC0809 的 EOC 端高電平，表明 A/D 轉換完成，查詢測試EOC 的狀態(tài)，即可確知轉換是否完成。 5 紅外定位的算法設計 17 5 紅外定位的算法設計 首先引入自由空間的概念。如果這種影響程度小到可以忽略不計，則這種傳播環(huán)境可近似認為是自由空間傳播。 . 自由空間的電波呈對數(shù)變化，能量損耗公式為 Loss=+20lgd+20lgf （ 51） 其中， d為火源到傳感器的距離 (km)， f電波頻率 (GHz)。 C)為火源溫度， TX(176。 ∴ 根據(jù)三角形余弦公式可得 COS∠ BOC=（ BO2+CO2BC2） /2*BO*CO ∴ BC = B O CC O SCOBOCOBO ??? ***222 ∴ BC= OC O SRRRR 45***222 ?? = 2/222 22 RR ? ∴ BC= R22? (57) 如圖 52， E 點為 OB 延長線與線段 AB 的交點，設∠ EBD=α，∠ DBC=β， 設 TCTA COSβ =(BD2+BC2CD2)/2*BD*BC (58) ∵ ∠ ABC=135176。 arccos[RRBDCDBDTTTTTT22*10*210)22(10)( l g)( l g22)( l g2?????????? ] （ 59） α角即為 OB 方向與 火源方向的夾角， 設 OF 方向為機器人行走方向，也即機器人正面方向， 可 再設傳感器組上 F 為第一個 傳感器 點， B 為順時針方向上的第 N 個傳感器（ N=1， 2， 3，??， 8） ， 則 OB 與 OF 的夾角為 45176。 arccos[RRBDCDBDTTTTTT22*10*210)22(10)( l g)( l g22)( l g2?????????? ] 根據(jù)此夾角調(diào)整機器人的方向， 即機器人按順時針方向轉動 γ， 即能準確找出火源位置。C)距離(m) 圖 54 6 總結 22 6 總結 本次實驗我們做的是以 51 系列單片機為基礎的滅火機器人系統(tǒng)。為以后在工作中更好與同事合作打下了基礎。 在這個過程中，我們更好的學會了利用圖書館及網(wǎng)絡資源 ，加強了我們的自學能力，也學到了不少的東西。 參考文獻 23 參考文獻 [1] 孫傳友，孫曉斌 等 .感測技術基礎 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,~133 [2] 徐安，陳耀 等 .單片機原理與應用 .北京希望電子出版社 2021, 187~191 [3] 康華光 ,陳大欽 等 .電子技術基礎模擬部分與數(shù)字部分 .高等教育 出版社 ,1998. [4] 李靜，裘祖榮，齊永利 等 . MLX90601 系列紅外測溫模塊的原理及應用 . 天津大學 精密儀器與光電子工程學院 天津 300072 [5] 機器人與控制技術 / 諸靜編著 浙江大學出版社 1991 TP242/34 [6] 機器人控制基礎 / 吳芳美主編 中國鐵道出版社 1992 TP242/35 [7] 機器人機構學 / 馬香峰主編 機械工業(yè)出版社 1991 TP24/5 [8] 機器人原理及其應用 / 蔡自興編著 中南工業(yè)大學出版社 1988 TP242/19 [9] 機器人與人類心智 / (美 )勃克斯著 成都科技大學出版社 1993 TP18/52 [10] 機器人的可靠性、維修性、安全性 / 廖炯生主編 科學出版社 1994 TP242/39 [11] 機器人技術及應用 / 吳瑞祥編著 北京航空航天大學出版社 1994 TP24/6 [12] Adel S. Sedra and Kenh C. Smith. Microelectronic ed.