【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分 （ 1） 聲控啟動(dòng)，完成在房間內(nèi)尋找火源并將火撲滅在撲滅火源以后停止工作。 （ 2）通過(guò)在滅火風(fēng)扇的兩側(cè)安裝兩個(gè)火焰?zhèn)鞲衅?，在風(fēng)扇軸的下部安裝舵機(jī)，通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅鞑杉耐獠繑?shù)據(jù)，舵機(jī)控制風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)至火焰較多的方向，實(shí)現(xiàn)更有效的滅火。 （ 3） 小車(chē)不僅能夠直線(xiàn)前進(jìn)，而其能夠在原地進(jìn)行 360176。自由轉(zhuǎn)向 火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人設(shè)計(jì) 2 2 設(shè)計(jì)思路 系 統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的題目是火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人，總體要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)要求為機(jī)器人 在啟動(dòng)后通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅?，煙霧傳感器尋找到附近能夠探測(cè)到的火源，然后通過(guò)距離傳感器，避障傳感器，控制小車(chē)到達(dá)火焰的附近，再通過(guò)風(fēng)扇將前方的火焰撲滅，在整個(gè)過(guò)程中，小車(chē)?yán)懛澍Q器和報(bào)警燈，總體結(jié)構(gòu)的方框圖如下： 圖 總體設(shè)計(jì)方塊圖 聲 光 報(bào) 警 電 路 設(shè) 計(jì) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 模 塊 設(shè) 計(jì) 避 障 傳 感 器 模 塊 設(shè) 計(jì) 驅(qū) 動(dòng) 滅 火 電 路 設(shè) 計(jì) 距 離 傳 感 器 模 塊 設(shè) 計(jì) 信 號(hào) 采 集 電 路 設(shè) 計(jì) 火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人設(shè)計(jì) 3 環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)及思路 在此次設(shè)計(jì)中，我將涉及的環(huán)節(jié)分為大致四個(gè)部分：即火焰檢測(cè)部分，報(bào)警部分，驅(qū)動(dòng)和避障部分， 滅火部分，各部分的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和部件選擇將在下面做簡(jiǎn)要敘述，具體的內(nèi)容在第四部分的硬件設(shè)計(jì)中指出。 火焰檢測(cè)部分： 由于燃燒的 明火狀態(tài)，應(yīng)在第一時(shí)間感應(yīng)到， 所以 在傳感器的選擇上我選擇了光敏電阻對(duì)明火感應(yīng)，它能立即產(chǎn)生跳變信號(hào)輸入給控制器。 報(bào)警部分：當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)有燃燒狀況時(shí)，必須要發(fā)出報(bào)警信號(hào)以提示室內(nèi)人員進(jìn)行疏散和就火行動(dòng)。所以報(bào)警功能相當(dāng)重要。聲光報(bào)警電路主要是通過(guò)送給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，然后利用 I/O 連接 LED 燈，進(jìn)行閃爍報(bào)警，和搭建電路連接蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警。由于蜂鳴器的聲音過(guò)小，我選擇在蜂鳴器前加一個(gè) KD9561構(gòu)成音響報(bào)警電路。 驅(qū)動(dòng)和避障部分： 經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮論證，我制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，前后萬(wàn)象輪轉(zhuǎn)向的方案，即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前后裝兩個(gè)萬(wàn)象輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松實(shí)現(xiàn)小車(chē)坐標(biāo)不變的 90度和 180度轉(zhuǎn)彎。 在安裝時(shí)并不把兩個(gè)萬(wàn)象輪安裝在同一平面上，小車(chē)前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪和前萬(wàn)象輪形成三點(diǎn)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使小車(chē)在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過(guò)低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。為了防止小車(chē)重心偏移 ，后萬(wàn)向輪起支撐作用。 滅火部分：我選用了風(fēng)扇對(duì)火焰進(jìn)行滅火，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)單片機(jī)的編程靈活控制風(fēng)扇的風(fēng)量大小，而且輕便安全，不會(huì)造成資源的浪費(fèi)。 火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人設(shè)計(jì) 4 3 軟件流程圖 圖 軟件流程圖 開(kāi)始 是否檢測(cè)到火源 結(jié) 束 是 程 序 初 始 化 調(diào)用聲光報(bào)警子程序 啟 動(dòng) 尋 火 程 序 前方是否有障礙 左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)避開(kāi)障礙 啟 動(dòng) 滅 火 否 是 是否有信號(hào)輸入 A/D 轉(zhuǎn) 換 是 否 通過(guò)舵機(jī)控制風(fēng)扇方向滅火 是否檢測(cè)到火源 是 否 火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人設(shè)計(jì) 5 4 各部分程序設(shè)計(jì) 火焰探測(cè)部分 火焰是由各種燃燒生成物、中間物、高溫氣體、碳?xì)湮镔|(zhì)以及無(wú)機(jī)物質(zhì)為主體的高溫固體 微粒構(gòu)成的?；鹧娴臒彷椛渚哂须x散光譜的氣體輻射和連續(xù)光譜的固體輻射。 不同燃燒物的火焰輻射強(qiáng)度、波長(zhǎng)分布有所差異，但總體來(lái)說(shuō)，其對(duì)應(yīng)火焰溫度的 1 ～ 2 μ m 近紅外波長(zhǎng)域具有最大的輻射強(qiáng)度 . 圖 。 PbS光敏電阻的暗電流為 1MΩ，亮電阻的阻值為 （ 輻照度 1mW/cm178。下測(cè)試 ） ，峰值相應(yīng)波長(zhǎng)為 m，恰為火焰的峰值輻射光譜。 由 V電阻 R R2 和穩(wěn)壓二極管 VDW構(gòu)成對(duì)光敏電阻 R3的恒壓偏置 電路。恒壓偏置電路具有更換光敏電阻方便的特點(diǎn)，只要保證光電導(dǎo)靈敏度 Sg不變，輸出電路的電壓靈敏度就不會(huì)因?yàn)楦鼡Q光敏電阻的阻值而改變，從而使前置放大器的輸出信號(hào)穩(wěn)定。當(dāng)被監(jiān)測(cè)物體的溫度高于燃點(diǎn)或點(diǎn)燃處發(fā)生火災(zāi)時(shí)，物體將發(fā)生波長(zhǎng)接近于 m的輻射（或“跳變”的火焰信號(hào)）。該輻射光將被 PbS光敏電阻 R3接受，使前置放大器的輸出跟隨火焰“跳變”的信號(hào)，并經(jīng)電容 C2耦合，送給由 V V3組成的高輸入阻抗放大器放大?；鹧娴摹疤儭毙盘?hào)被放大后送給控制檢測(cè)中心的放大器，并由控制監(jiān)測(cè)中心發(fā)出火災(zāi)警報(bào)信號(hào)和執(zhí)行滅火動(dòng)作 圖 明火檢測(cè)報(bào)警器 火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人設(shè)計(jì) 6 圖 42 機(jī)器人的輪子分布 圖 43 機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng) 經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮論證，我制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，前后萬(wàn)象輪轉(zhuǎn)向的方案，即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前后裝兩個(gè)萬(wàn)象輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松實(shí)現(xiàn)小車(chē)坐標(biāo)不變的 90度和 180度轉(zhuǎn)彎。 在安裝時(shí)并不把兩個(gè)萬(wàn)象輪 安裝在同一平面上，小車(chē)前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪和前萬(wàn)象輪形成三點(diǎn)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使小車(chē)在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過(guò)低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。為了防止小車(chē)重心偏移，后萬(wàn)向輪起支撐作用。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1－電樞繞組； 2－電樞鐵心； 3－機(jī)座； 4－主磁極鐵心； 5－勵(lì)磁繞組； 6－換向極繞組； 7－換向極鐵心； 8－主磁極極靴； 9－機(jī)座底腳 圖 44 直流電機(jī)的工作原理 輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱(chēng)為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的 電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 直流電機(jī) 2 直 火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人設(shè)計(jì) 7 直流電機(jī)的機(jī)械特性 圖 45 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 圖 46 PMW 脈沖寬度調(diào)制示意圖 （ 1） 額定功率 ：是指軸上輸出的機(jī)械功率，單位為 kW。 （ 2） 額定電壓 ：安全工作的最大外加電壓或輸出電壓，單位為 V(伏 )。 （ 3） 額定電流 ：允許流過(guò)的最大電流，單位為 A(安 )。 （ 4） 額定轉(zhuǎn)速 ：額定轉(zhuǎn)速是指電機(jī)在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的 情況下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，單位為 rpm(轉(zhuǎn) /分 )。 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 圖 47 電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程 所謂 H 橋驅(qū)動(dòng)電路是為了直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的一種常見(jiàn)電路，它主要實(shí)現(xiàn)直火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人設(shè)計(jì) 8 流電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)，其典型電路形式如下圖： 圖 48 H 橋驅(qū)動(dòng)原理圖 開(kāi)關(guān) A、 D 接通，電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動(dòng)， 開(kāi)關(guān) B、 C 接通時(shí)，直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 剎車(chē) —— 將 B 、 D 開(kāi)關(guān)（或 A、 C）接通，則電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢(shì)將被短路，形成阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，形成 “剎車(chē) ”作用。 惰行 —— 4 個(gè)開(kāi)關(guān)全 部斷開(kāi)，則電機(jī)慣性所產(chǎn)生的電勢(shì)將無(wú)法形成電路，從而也就不會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 我們采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖 49 所示： 圖 49 L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 L298N 的 12 四個(gè)引腳接到單片機(jī)上，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 火災(zāi)預(yù)警機(jī)器人設(shè)計(jì) 9 語(yǔ)音辨識(shí)電路 我采用的語(yǔ)音播放和語(yǔ)音辨識(shí)的電路與單片機(jī)的接口