【正文】 t[J].Proceedings of the 5th Word Congress on Intelligent Control and Automation, June 1519,. 49374941. 。 當 機器人 檢測到火焰時，由于有障礙物的存在，需要對不同坐標上的火焰分別進行判斷。在 機器人 行進過程中檢測火焰，一旦發(fā)現(xiàn)火焰則切換到趨光程序，計算火焰位置，準確定位并啟動風扇滅火，滅火后檢測火焰是否被撲滅，確定火焰被撲滅后計數(shù)并回到發(fā)現(xiàn) 火焰的位置繼續(xù)搜索房間，直至撲滅所有火焰后啟動回家程序，回到原始位置。使用 Keil 8051開發(fā)工具套件，以工程的形式組織各種文件，工程開發(fā)周期與任何其他軟件開發(fā)工程的周期大致相同。 軟件開發(fā)平臺介紹 編程語言選用 C語言。由于選用的是增強型 MOS 管，所以，當 Port 信號為高時， MOS 管在 VGS下開始工作， MOS 導通，風扇開始動作，進行滅火；當 Port 信號為低時，由于增強型 MOS管特點， VGS=0 時， iD=0。 火焰檢測電路的設計 TTS1000 和 TTS2021 系列熱釋電體兩面的電極之間連接高阻抗負荷，為了將溫度變化引起的表面電荷量的變化轉換為輸出電壓的變化，內部裝場效應晶體管，同時加上阻抗匹配的電路，其結構如 圖 ， 位置狀態(tài) =010 位置狀態(tài) =100 位置狀態(tài) =001 徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 22 圖 311 表格 32 量程 /176。輸出電壓為： 2*RIU eout ? R1為發(fā)射管的限流電阻， R2是輸出分壓電阻， VCC是發(fā)射管供電電壓， Vref 是輸出信號的參考電壓， Vout 是輸出信號。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。一個稱為同相輸入端（ +），另一個稱為反相輸入端（ ）。引腳 6， 9 可用于 PWM 控制。i) /* 反轉減速 */ { motor(1,i)。i) /* 正轉減速 */ { motor(1,i)。 /* 開中斷 */ ET0=1。 } } } } void delay(uint j) /* 簡易延時函數(shù) */ { for(j。 /* 電機當前速度值 */ /* 電機控制函數(shù) index電機號 (1,2)。 對電機的控制信號由 Atmega128直接輸入， M1_DIR 與 M1_PWM 為 M1 電機的控制信號，徐州師范大學本科畢業(yè)生論文設計 滅火機器人的設計 15 （ 34） M2_DIR 與 M2_PWM 為 M2 電機的控制信號 ,其中 INPUT 2 與 INPUT 4 的信號是由輸入INPUT INPUT 3 的信號反向后輸入。 它相應頻率高，一片L298 可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。 JTAG 接口 ( 與 IEEE 標準兼容 ) – 遵循 JTAG 標準的邊界掃描功能 – 支持擴展的片內調試 – 通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 Flash, EEPROM, 熔絲位和鎖定位的編程 具體的方位可以通過相應的公式計算出來，調整 機器人 方向并通過避障傳感器避障前進到火源位置驅動滅火風扇進行滅火。為了使用方便，便于操作和調試，我最終選擇了方案 2。而用單片機作為方波發(fā)生器未免有些浪費資源。當發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。 由于它是非接觸式測溫，用于測量火焰溫度非常方便。所 謂 光敏， 就 是 對 光反 應 敏感。我綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。 直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。支持 JTAG 接口同時與IEEE 標準兼容。 AT89S52 是一個低功耗，高性能的 51 內核的 CMOS 8 位單片機，片內含 8k 空間的可反復擦些 1000 次的 Flash只讀存儲器，具有 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個 IO 口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器。且從使用及經濟的角度考慮我放棄了此方案。 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、直流電機及其驅動模塊、 避障 傳感器模塊、避障模塊、火焰?zhèn)鞲衅?、滅火系統(tǒng)及其驅動模塊等模塊構成，本系統(tǒng)的方框圖如圖 21 所示。同時也應該看到，我國在研究消防機器人方面較國外同行已落后太多，存在技術差異和代溝，消防機器人的不斷研制、生產和裝備過程，應堅持自主研制為主，引進為輔，提高我國消防部隊消防裝備現(xiàn)代化的水平 ,并及時裝備消防部隊，提高消防部隊打贏大仗、惡仗、硬仗和特殊戰(zhàn)役的能力，提高消防部隊在處置大型復雜火災和應急救援的作戰(zhàn)效能 , 提高消防 部隊的自我防護能力 ,減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，更好地保衛(wèi)我國經濟發(fā)展。而機器人技術的發(fā)展也為這一要求的實現(xiàn)提供了技術上的保證，使得消防機器人應運而生。所以從這張圖可以看出機器人發(fā)展的幾個過程。另一方面它也是生產力發(fā)展的需求的必然結果，也是人類自身發(fā)展的必然結果，那么人類的發(fā)展隨著人們逐漸的這種社會發(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，認識自然過程中 ,來需求能夠解放人的一種奴隸。 硬件總體設計方案 ……………………………………………… 8 軟件實現(xiàn)方案 …………………………………………………………… 9 3 硬件電路設計 ?????? ?????????? 9 電源電路 ………………………………………………………………… 10 微控制器模塊設計 ……………………………………………… ……… 10 ATmega128 單片機介紹 ……………………………………… … 10 ATmega128 單片機最小系統(tǒng)電路 ………………… …………… 12 電機驅動 電路 的設計 ………………………… ………………………… 13 LM298 內部 H 橋原理 L298 控制直流電機加減速的 89c51 單片機 C 程序 ???? 15 L298N 步進電機驅動集成電路 尋線電路的設計 ………………………………………………………… .錯誤 !未定義書簽。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。 現(xiàn)在，國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。 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。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。 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。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。 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。 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 。 方案 3：采用 Atmel 公司的 AT89S52 單片機作為主控制器。 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。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)。 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。 方案 3：用光敏電阻作為傳感器。 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。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。 ST178 的示意圖和特性曲線如圖所示。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)。 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。 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。 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 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。 電機由 L298 供電，由全橋進行瀉流。 /* 電機 1 速度值 */ uchar tmp1。 s2=0。 EA=1。i0。i0。 /* 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。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。 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。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)。單片機輸出 Port1， Port2 控制信號用以驅動滅火電機動作。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。 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。 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)。 滅火程序流程圖 滅火子程序的流程圖如圖 43