【正文】 跡和避障，光敏電阻傳感器檢測火焰，滅火風扇進行滅火。 硬件實現(xiàn) 方案 …………………………………………………………………… ....4 MCU的選擇 …………………………………………………………… .… ....4 電機 的選擇 …………………………………………………………………… 5 傳感器 的選擇 …………………………………………………… .6 火焰 傳感器 的選擇 ……………………………………………… 6 . 尋跡 傳感器 的選擇 ……………………………………………… 7 避障傳感器的選擇 ……………………………………………… .錯誤 !未定義書簽。 那么什么是機器人呢？人們一般的理解來看，機器人是具有一些類似人的功能的機械電子裝置，或者叫自動化裝置，它仍然是個機器，它有三個特點，一個是有類人的功能，比如說作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動作，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。比如說日本，戰(zhàn)后 以后開始進行汽車的工業(yè)，那么這時候由于它人力的缺乏，它迫切需要一種機器人來進行大批量的制造，提高生產效率降低人的勞動強度，這是從社會發(fā)展需求本身的一個需求。 徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 2 那么機器人怎么產生的呢？這是在 1920 年，有一個捷克斯洛伐克的一個作家叫卡佩克，他寫了一本科幻小說，叫《羅薩姆的機器人萬能公司》。 在 20 世紀 70 年代到 20 世紀 80 年代初期，工業(yè)機器人變成產品以后，得到全世界的普遍應用以后，那么很多研究機構開始研究第二代具有感知功能的機器人， 出現(xiàn)了瑞典的 ABB 公司，德國的 KUKA 機器人公司，日本幾家公司和日本的 FUNAC 公司，都在工業(yè)機器人方面都有很大的作為，同時我們也看到機器人的應用在不斷拓寬，它已經從工業(yè)上的一些應用，擴展到了服務行業(yè)，擴展了它的作業(yè)空間，向海洋空間和服務醫(yī)療等等行業(yè)的使用。 那么第三代機器人，也是我們機器人學中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運動，感知思維和人機通訊的這種功能和機能，那么這個目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機器人實際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學技術的發(fā)展，智能的概 念越來越豐富，它內涵越來越寬。為了解決這一問題，盡快救助火災中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機器人研究被提到了議事日程。 我國從八十年代末期開始消防機器 人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機器人的研究中取得了大量的成果， 自行式消防炮 已經投入市場， 履帶輪式消防滅火偵察機器人 也于 2021 年 6 月通過了國家驗收。 基于人工智能的不斷發(fā)展，各項高新技術的不斷成熟，在可預見的將來，消防機器人在功能上會更具多樣特點，在較多危險區(qū)域可以完全代替消防員，避免消防員生命傷亡。 完成主要功能模塊的程序設計，分別完成對各個 功能模塊的程序進行調試工作。 機器人 必須通過內部設備采集現(xiàn)場環(huán)境情況進行分析并做出相應的動作，以達 到 機器人 智能滅火的目的。 但在開發(fā)設計中選擇合適的 MCU帶來了很大的困難。但本系統(tǒng)不需要復雜的邏輯 功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也 不是非常高 。但是當凌陽單片機應用語音處理和辨識時，由于其占用的 CPU資源較多而使得凌陽單片機同時處理其它任務的速度和能力降低。 方案 3：采用 Atmel 公司的 AT89S52 單片機作為主控制器。因此我們不選擇此方案。 具有非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器，具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)，通過片內的啟動程序實現(xiàn)系統(tǒng)內編程。 從方便使用和經濟的角度考慮，我選擇了方案 4。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進 電機的輸出力矩較低，隨轉速的升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其轉速較低，不適用于 機器人 等有一定速度要求的系統(tǒng)。舵機的出現(xiàn)最早是作為遙控模型控制舵面、油門等機構的動力來源，但是由于舵機具有很多優(yōu)秀的特性，在制作機器人時也時常能看到它的應用。 傳感器的選擇 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇 火焰檢測有紫外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器以及 CCD 圖像傳感器。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的，沒有太大的煙霧，因此用煙霧傳感器作為此小型 機器人 的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅嵱?，?此我放棄了此方案 方案 2：用紫外傳感器檢測火焰。 方案 3：用光敏電阻作為傳感器。 但自然光對光敏電阻影響較大，因此我們不采用此方案。 方案 5：用 熱釋電紅外 測溫 傳感器 ， 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。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 ST178 的示意圖和特性曲線如圖所示。 徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 8 （ a） (b) (a) ST178 示意圖 (b) ST178 特性表 圖 23 ST178 的示意圖和特性曲線 . 避障傳感器的選擇 方案 1：用超聲波傳感器進行避障。但是超聲波傳感器需要40KHz 的方波信號來工作，因為超聲波傳感器對工作頻率要求較高，偏差在 1％內，所以用模擬電路來做方波發(fā)生器比較難以實現(xiàn)。光電開關的工作原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此做出判斷反應，是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，當檢測到有障礙物的時候，光電對管就能夠接收到物體反射的紅外光，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均能檢測。 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測簡單障礙物，沒有十分復雜的環(huán)境。 用 ST178 型光電對管進行避障。 圖 24 為 系統(tǒng)結構框圖 軟件總體設計方案 傳感器組把測得溫度分別通過模數(shù)轉換傳給單片機，單片機通過一定的處理，比較得出溫度最高的三個傳感器，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 與傳感器測得溫度的大小呈負相關，溫度越高，距離火源越近，所以，火源即在這三個傳感器所對的那個方向上。 ST178 光電對管尋跡 滅火風扇 火焰?zhèn)鞲衅? 聲音報警模塊 L298 驅動直流電機 Atmega128控制芯片 光電開關避障 模塊 徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 10 電源電路 ATMEGA128 需要 直流電壓、 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。 非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器 – 128K 字節(jié)的系統(tǒng)內可編程 Flash 壽命 : 10,000 次寫 / 擦除周期 – 具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū) 通過片內的啟動程序實現(xiàn)系統(tǒng)內編程 真正的讀 修改 寫操作 – 4K字節(jié)的 EEPROM 徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 11 壽命 : 100,000 次寫 / 擦除 周期 – 4K 字節(jié)的內部 SRAM – 多達 64K 字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間 – 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)軟件加密 – 可以通過 SPI 實現(xiàn)系統(tǒng)內編程 I/O 和封裝 – 53 個可編程 I/O 口線 – 64引 腳 TQFP 與 64 引腳 MLF 封裝 徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 12 徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 14 L298 是 SGS 公司的產品， 是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片， 內部 包含二個 H 橋的高電壓大電流橋式驅動器，接收標準 TTL 邏輯電平信號，可驅動 圖 33 LM298 內部 H 橋原理圖 46 伏、 2 安培以下的電機，工作溫度范圍從－ 25 度到 130 度。當使能端 EnA 有效， IN1 為低電平IN2 為高電平時，三極管 2， 3 導通， 1， 4 截止，電機反轉。 電機由 L298 供電，由全橋進行瀉流。 /* L298 的 Enable A */ sbit s1=P3^2。 /* 電機 1 速度值 */ uchar tmp1。 speed=100) { if(index==1) /* 電機 1 的處理 */ { m1=abs(speed)。 s2=0。 } void main() { uchar i。 EA=1。i=100。i0。i=100。i0。 } if(ttmp1) en1=1。 /* 1 個 PWM 信號由 100 次中斷產生 */ } 圖 L298N 步進電機驅動集成電路 （ 35） 用 L298 驅動兩臺直流減速電機的電路。 徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 19 LM339 作為一款典型的電壓比較器，內部有四個獨立的電壓比較器，其的特點是： 失調電壓小，典型值為 2mV； 電源電壓范圍寬，單電源為 2 36V，雙電源為 177。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。當 “”端電壓高于 “+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。輸入信號 Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個參考電壓（門限電平） Ur。 圖 38紅外線對管典型應用電路 其中， Ie是紅外線接收管的導通后的發(fā)射極電流。 設計出的電路原理圖如圖 39 所示。當機器人偏離白線時，根據(jù)在白線上光電管的分布情況來調整機器人的行進姿態(tài)。傳感 器測得的信號直接輸入到Atmega128 單片機 A/D 轉換器的模擬信號輸入端口。單片機輸出 Port1， Port2 控制信號用以驅動滅火電機動作。當“ SPEAK”為高電平時，三極管基級為高電平，此時，三極管處于截止狀態(tài)，蜂鳴器不工作；當“ SPEAK”為低電平時，三極管處于放大工作狀態(tài)，驅動蜂鳴器，開始發(fā)聲，蜂鳴器工作 。Vision2 IDE，介紹了主要的控制模塊程序，編寫相應的控制程序，主要是尋線控制程序和滅火控制程序。 +5100R1510R2LS1SpeakerQ18050SPEAK徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 24 MCS51是支持 C語言編程的編譯器，它主要有兩種： Franklin C51編譯器和 Keil C51編譯器，我們簡稱 C51。 Keil C51 交叉編譯器兼容 ANSI（美國國家標準協(xié)會） C編譯器，專用于為 8051 微控制器系列生成快速緊湊的目標代碼。Vision2 IDE 環(huán)境包括菜單、工具條、編輯及顯示多種窗口。 用左手法則搜索整個房間，可以容易地檢測到房間各個角落，避免出現(xiàn)檢測盲區(qū)。若檢測值大于閥值，則對應的是白色引導線，若檢測值小于閥值，則對應的是深色背景。 滅火程序流程圖 滅火子程序的流程圖如圖 43所示。對火時讓機器人走到火焰附近，判斷左右兩邊火焰強度，左邊火焰強，左轉一點，右邊火焰強，右轉一點，每對一次火，前進