【正文】 ……………………… 3 本文的 主要內(nèi)容 ……………………………………………………………… … 3 2 方案的整體設(shè)計(jì) 與比較 ......................................4 整體 方案設(shè)計(jì) ………………………………………………………… .…… ............錯(cuò)誤 !未定義書簽。 另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么人類的發(fā)展隨著人們這種社會發(fā)展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認(rèn)識自然過程中，實(shí)現(xiàn)人們對不可達(dá)世界的認(rèn)識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個(gè)客觀需要。 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀 機(jī)器人的發(fā)展 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但另一方面，盡 管人們有各種各樣的好的想法，但是它也歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。人們在這種煩躁的體力勞動中就幻想有一種能代替人完成這樣工作的想像、一種需要，這個(gè)小說在 1924 年和 1927 年的時(shí)候被紛紛傳到了日本、法國和歐洲國家，還變成了一種當(dāng)時(shí)的木偶劇和一些話劇，所以這樣的一個(gè)機(jī)器人的名詞就向全世界鋪展開來，當(dāng)時(shí)人們還認(rèn)為是一個(gè)科幻小說，還沒有把它跟我們?nèi)粘５膶W(xué)習(xí)工作和生產(chǎn)結(jié)合起來。抓一個(gè)雞蛋，它能通過一個(gè)觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不能快速高效的滅火。美國和蘇聯(lián)最早進(jìn)行消防機(jī)器人的研究，而后日本、英國、法國等國家都紛紛開展了消防機(jī)器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機(jī)器人用于各種火災(zāi)場合。研制能夠用于這些場合的偵察滅火機(jī)器人，協(xié)助消防人員進(jìn)行火 災(zāi)的定位和滅火，將有極大的社會意義。所做工作和確定的成果如下： 以單片機(jī) ATMEGA128 為核心擬定了系統(tǒng)組成方案，完成了系統(tǒng)的電路硬件總體設(shè)計(jì)，包括供電模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、尋線系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、壁障系統(tǒng)、火焰檢測系統(tǒng)以及滅火系統(tǒng)和各個(gè)模塊間接口。 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 機(jī)器人 行走的場地中）。 硬件實(shí)現(xiàn)方案 MCU 的選擇 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 5 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。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。處理速度高，尤其適用于語音處理和識別等領(lǐng)域。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。 但是考慮到本系統(tǒng) 要進(jìn)行 避障 和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測以 及電機(jī)的控制 、聲音報(bào)警，若使用 AT89S52 可能在數(shù)據(jù)處理方面有一些不足。先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) ,133 條指令且大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成 。具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，兩路 8 位 PWM， 6 路分辨率可編程（ 2 到 16 位）的 PWM， 8 路 10 位 ADC，可以方便的進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 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) 機(jī)器人 前進(jìn)路程和位置的精確定位。 舵機(jī)，顧名思義是控制舵面的電動機(jī)。 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 機(jī)器人 行進(jìn)驅(qū)動電機(jī)，用 舵機(jī) 來做 機(jī)器人 的驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機(jī)。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用與火警檢測。但是紫外傳感器檢測的范圍太大，不適用于本系統(tǒng)。 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)用于光探測和光自控領(lǐng)域中。但是用 CCD 圖像傳感器需要處理的信號量太大，且體積較大， 不適合用于本系統(tǒng) 。 尋跡傳感器 的選擇 方案 1：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。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，以非接觸檢測方式，檢測距離可調(diào)整范圍 大， 410mm 可用。因此我選擇了方案 3。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。 方案 2：用紅外光電開關(guān) ST178 進(jìn)行避障。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。 采用 Atmega128 單片機(jī)作為主控制器。 使用蜂鳴器進(jìn)行滅火報(bào)警。主要硬件電路有：尋線與控制電路、電機(jī)驅(qū)動模塊、火焰檢測電路、滅火風(fēng)扇驅(qū)動電路以及聲音報(bào)警電路。 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)工作 – 工作于 16 MHz 時(shí)性能高達(dá) 16 MIPS – 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 特殊的處理器特點(diǎn) – 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測 – 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的 RC 振蕩器 – 片內(nèi) / 片外中斷源 – 6 種睡眠模式 : 空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及 擴(kuò)展的 Standby 模式 – 可以通過軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率 – 通過熔絲位可以選擇 ATmega103 兼容模式 – 全局上拉禁止功能 主要包括復(fù)位電路、 晶振電路 、低通濾波器電路以及各種濾波電容 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 13 電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 用 L298 芯片作為電機(jī)驅(qū) 動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良，從穩(wěn)定性方面考慮，采用電機(jī)驅(qū)動芯片 L298 作為電機(jī)驅(qū)動。 EnA 是控制使能端，控制 OUTl 和 OUT2 之間電機(jī)的停轉(zhuǎn)， IN IN2 腳接入控制電平，控制 OUTl 和 OUT2 之間電機(jī)的轉(zhuǎn)向。電池由 VIN 接入，通過 轉(zhuǎn)化為 5v 作為信 號電源 VCC。 L298 控制直流電機(jī)加減速的 89c51 單片機(jī) C 程序 ： include include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit en1=P3^0。 /* 中斷計(jì)數(shù)器 */ uchar m1=0。amp。 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 16 } else /* 不為負(fù)數(shù)則正轉(zhuǎn) */ { s1=1。j)。 /* 裝入定時(shí)器的初值 */ TL0=0x9B。 /* 啟動定時(shí)器 0 */ while(1) /* 電機(jī)實(shí)際控制演示 */ { for(i=0。 } for(i=100。 } for(i=0。 } 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 17 for(i=100。 } } } void timer0() interrupt 1 /* T0 中斷服務(wù)程序 */ { if(t==0) /* 1 個(gè) PWM 周期完成后才會接受新數(shù)值 */ { tmp1=m1。 if(t=100) t=0。 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 18 圖（ 36） L298 電機(jī)驅(qū)動電路 尋線電路的設(shè)計(jì) 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我并沒有選用 ADC 而是選用 LM339 電壓比較器的方案，設(shè)計(jì)出來的電路緊湊且穩(wěn)定性好。 LM339 類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。當(dāng) “+”端電壓高于 “”端時(shí)，輸 出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。 LM339 引腳圖 36 LM339 的輸出 端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般需接一只上拉電阻。圖 a 給出了一個(gè)基本單限比較器。 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 20 圖 37 LM339 的單相比較器電路及傳輸特性 紅外線對管 典型應(yīng)用電路如圖 38 所示。導(dǎo)通電阻和下拉電阻對 Vref 分壓之后輸出 Vout 的模擬電壓信號送至LM339 電壓比較器的輸入端實(shí)現(xiàn)模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換。 圖 310 從上面的分析可得：在尋線時(shí)，選用 3 只反射式紅外傳感器就可以實(shí)現(xiàn) 機(jī)器人 沿曲線行走。 C 負(fù)載阻抗/kΩ 功率 /mW 耐溫性 /（ %） 響應(yīng)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 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(gè)紅外測溫傳感器組成。其中 Port1， Port2 分別接到單片機(jī)的 、 接口上。 GNDVCCD1 D2MB1MB1Q1MOSFETNQ2MOSFETN104C1104C2Port2Port1徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 23 圖 312 滅火驅(qū)動電路 聲音報(bào)警電路 聲音報(bào)警電路如圖 311所示 ： 圖 313 聲音報(bào)警電路 控制信號為“ SPEAK”，接至單片機(jī)的 I/O 口的 腳。 4 軟件實(shí)現(xiàn) 本章介紹了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的編程工具 181。而 C語言以其結(jié)構(gòu)化，容易維護(hù)，容易移植的優(yōu)勢滿足開發(fā)的需要。 Keil 軟件公司提供的專用 8051 嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具套件，可以編譯 C源文件、匯編源文件、連接定位目標(biāo)模塊和庫、生成并調(diào)試目標(biāo)程序，為實(shí)際的每一種 8051 及其派生系列產(chǎn)品生成嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。Vision2 IDE是 Keil公司提供的用于開發(fā) MCS51系列芯片的匯編語言與 C程序的集成開發(fā)環(huán)境，是標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 應(yīng)用程序，同其他 Windows 應(yīng)用程序一樣， 181。 主程序流程圖 主程序流程圖如圖 41所示。程序開始，先將 機(jī)器人 放在引導(dǎo)線上，測得引導(dǎo)線與地面背景的值，求出平均值作為閥值。電機(jī)的速度采用延時(shí)控制電機(jī)繞組電壓接通與斷開的時(shí)間，這樣即可改變電機(jī)的平均電壓達(dá)到調(diào)速的目的。為了提高滅火的準(zhǔn)確度，我們要讓機(jī)器人正面對準(zhǔn) 火焰，否則，可能會出現(xiàn)長時(shí)間滅不了火的現(xiàn)象。 Automation. 12211226. [19]Peng Yang, Yi Yang, He Chen, Xin Guo, Zhiyu Wang. A Study of Path Planning Algorithm of Mobile Robot[J].Proceedings of the 5th Word Congress on Intelligent Control and Automation, June 1519,. 49374941. 。 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 29 開始 讀入左右火焰?zhèn)鞲衅餍畔? 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 對準(zhǔn)火焰 等待 開滅火風(fēng)扇 等待 5s 讀入火焰?zhèn)鞲衅?