【正文】 t[J].Proceedings of the 5th Word Congress on Intelligent Control and Automation, June 1519,. 49374941. 。 當(dāng) 機(jī)器人 檢測到火焰時，由于有障礙物的存在，需要對不同坐標(biāo)上的火焰分別進(jìn)行判斷。在 機(jī)器人 行進(jìn)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(zhǔn)確定位并啟動風(fēng)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(qiáng)型 MOS 管，所以，當(dāng) Port 信號為高時， MOS 管在 VGS下開始工作， MOS 導(dǎo)通，風(fēng)扇開始動作，進(jìn)行滅火；當(dāng) Port 信號為低時，由于增強(qiáng)型 MOS管特點， VGS=0 時， iD=0。 火焰檢測電路的設(shè)計 TTS1000 和 TTS2021 系列熱釋電體兩面的電極之間連接高阻抗負(fù)荷，為了將溫度變化引起的表面電荷量的變化轉(zhuǎn)換為輸出電壓的變化，內(nèi)部裝場效應(yīng)晶體管，同時加上阻抗匹配的電路，其結(jié)構(gòu)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(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計 滅火機(jī)器人的設(shè)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(dāng)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(fù)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(zhuǎn)減速 */ { motor(1,i)。i) /* 正轉(zhuǎn)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(jī)當(dāng)前速度值 */ /* 電機(jī)控制函數(shù) index電機(jī)號 (1,2)。 對電機(jī)的控制信號由 Atmega128直接輸入， M1_DIR 與 M1_PWM 為 M1 電機(jī)的控制信號，徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計 滅火機(jī)器人的設(shè)計 15 （ 34） M2_DIR 與 M2_PWM 為 M2 電機(jī)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(yīng)頻率高，一片L298 可以分別控制兩個直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。 JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 ) – 遵循 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 – 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)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(yīng)的公式計算出來，調(diào)整 機(jī)器人 方向并通過避障傳感器避障前進(jìn)到火源位置驅(qū)動滅火風(fēng)扇進(jìn)行滅火。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我最終選擇了方案 2。而用單片機(jī)作為方波發(fā)生器未免有些浪費資源。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導(dǎo)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(yīng) 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(jī)轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)兼容。 AT89S52 是一個低功耗，高性能的 51 內(nèi)核的 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k 空間的可反復(fù)擦些 1000 次的 Flash只讀存儲器，具有 256 bytes 的隨機(jī)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(jīng)濟(jì)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(jī)及其驅(qū)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(qū)動模塊等模塊構(gòu)成，本系統(tǒng)的方框圖如圖 21 所示。同時也應(yīng)該看到，我國在研究消防機(jī)器人方面較國外同行已落后太多，存在技術(shù)差異和代溝，消防機(jī)器人的不斷研制、生產(chǎn)和裝備過程，應(yīng)堅持自主研制為主，引進(jìn)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(fù)雜火災(zāi)和應(yīng)急救援的作戰(zhàn)效能 , 提高消防 部隊的自我防護(hù)能力 ,減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，更好地保衛(wèi)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也為這一要求的實現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證，使得消防機(jī)器人應(yīng)運而生。所以從這張圖可以看出機(jī)器人發(fā)展的幾個過程。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(rèn)識自然過程中 ,來需求能夠解放人的一種奴隸。 硬件總體設(shè)計方案 ……………………………………………… 8 軟件實現(xiàn)方案 …………………………………………………………… 9 3 硬件電路設(shè)計 ?????? ?????????? 9 電源電路 ………………………………………………………………… 10 微控制器模塊設(shè)計 ……………………………………………… ……… 10 ATmega128 單片機(jī)介紹 ……………………………………… … 10 ATmega128 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 ………………… …………… 12 電機(jī)驅(qū)動 電路 的設(shè)計 ………………………… ………………………… 13 LM298 內(nèi)部 H 橋原理 L298 控制直流電機(jī)加減速的 89c51 單片機(jī) C 程序 ???? 15 L298N 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動集成電路 尋線電路的設(shè)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(jī)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(jī)器。 現(xiàn)在，國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。 硬件實現(xiàn) 方案 …………………………………………………………………… ....4 MCU的選擇 …………………………………………………………… .… ....4 電機(jī) 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(jìn)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(jī)器人來進(jìn)行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動強(qiáng)度，這是從社會發(fā)展需求本身的一個需求。 在 20 世紀(jì) 70 年代到 20 世紀(jì) 80 年代初期，工業(yè)機(jī)器人變成產(chǎn)品以后，得到全世界的普遍應(yīng)用以后，那么很多研究機(jī)構(gòu)開始研究第二代具有感知功能的機(jī)器人， 出現(xiàn)了瑞典的 ABB 公司，德國的 KUKA 機(jī)器人公司，日本幾家公司和日本的 FUNAC 公司，都在工業(yè)機(jī)器人方面都有很大的作為，同時我們也看到機(jī)器人的應(yīng)用在不斷拓寬，它已經(jīng)從工業(yè)上的一些應(yīng)用，擴(kuò)展到了服務(wù)行業(yè)，擴(kuò)展了它的作業(yè)空間，向海洋空間和服務(wù)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(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機(jī)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(shù)的不斷成熟，在可預(yù)見的將來，消防機(jī)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(jī)器人 必須通過內(nèi)部設(shè)備采集現(xiàn)場環(huán)境情況進(jìn)行分析并做出相應(yīng)的動作，以達(dá) 到 機(jī)器人 智能滅火的目的。但本系統(tǒng)不需要復(fù)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(jī)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(nèi)的啟動程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點，步進(jìn) 電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于 機(jī)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(yīng)設(shè)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(dāng)晶面溫度稍有變化即引 起自發(fā)極化強(qiáng)度的變化，從而使晶面電荷量發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強(qiáng)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(nèi)，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(fù)雜的環(huán)境。 圖 24 為 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 軟件總體設(shè)計方案 傳感器組把測得溫度分別通過模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)，單片機(jī)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(fù)相關(guān)，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(nèi)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(nèi)的啟動程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 真正的讀 修改 寫操作 – 4K字節(jié)的 EEPROM 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計 滅火機(jī)器人的設(shè)計 11 壽命 : 100,000 次寫 / 擦除 周期 – 4K 字節(jié)的內(nèi)部 SRAM – 多達(dá) 64K 字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間 – 可以對鎖定位進(jìn)行編程以實現(xiàn)軟件加密 – 可以通過 SPI 實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 徐州師范大學(xué)本科畢業(yè)生論文設(shè)計 滅火機(jī)器人的設(shè)計 14 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品， 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片， 內(nèi)部 包含二個 H 橋的高電壓大電流橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 圖 33 LM298 內(nèi)部 H 橋原理圖 46 伏、 2 安培以下的電機(jī)，工作溫度范圍從－ 25 度到 130 度。 電機(jī)由 L298 供電，由全橋進(jìn)行瀉流。 /* 電機(jī) 1 速度值 */ uchar tmp1。 s2=0。 EA=1。i0。i0。 /* 1 個 PWM 信號由 100 次中斷產(chǎn)生 */ } 圖 L298N 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動集成電路 （ 35） 用 L298 驅(qū)動兩臺直流減速電機(jī)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(yīng)用電路 其中， Ie是紅外線接收管的導(dǎo)通后的發(fā)射極電流。當(dāng)機(jī)器人偏離白線時，根據(jù)在白線上光電管的分布情況來調(diào)整機(jī)器人的行進(jìn)姿態(tài)。單片機(jī)輸出 Port1， Port2 控制信號用以驅(qū)動滅火電機(jī)動作。Vision2 IDE，介紹了主要的控制模塊程序，編寫相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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