【文章內容簡介】 分 （ 1） 聲控啟動，完成在房間內尋找火源并將火撲滅在撲滅火源以后停止工作。 （ 2）通過在滅火風扇的兩側安裝兩個火焰?zhèn)鞲衅鳎陲L扇軸的下部安裝舵機，通過火焰?zhèn)鞲衅鞑杉耐獠繑祿鏅C控制風扇旋轉至火焰較多的方向，實現更有效的滅火。 （ 3） 小車不僅能夠直線前進，而其能夠在原地進行 360176。自由轉向 火災預警機器人設計 2 2 設計思路 系 統(tǒng)總體結構的設計 本次設計的題目是火災預警機器人，總體要實現的設計要求為機器人 在啟動后通過火焰?zhèn)鞲衅?，煙霧傳感器尋找到附近能夠探測到的火源，然后通過距離傳感器，避障傳感器，控制小車到達火焰的附近，再通過風扇將前方的火焰撲滅，在整個過程中，小車拉響蜂鳴器和報警燈，總體結構的方框圖如下： 圖 總體設計方塊圖 聲 光 報 警 電 路 設 計 電 機 驅 動 模 塊 設 計 避 障 傳 感 器 模 塊 設 計 驅 動 滅 火 電 路 設 計 距 離 傳 感 器 模 塊 設 計 信 號 采 集 電 路 設 計 火災預警機器人設計 3 環(huán)節(jié)設計及思路 在此次設計中，我將涉及的環(huán)節(jié)分為大致四個部分：即火焰檢測部分，報警部分，驅動和避障部分， 滅火部分，各部分的環(huán)節(jié)設計和部件選擇將在下面做簡要敘述，具體的內容在第四部分的硬件設計中指出。 火焰檢測部分： 由于燃燒的 明火狀態(tài)，應在第一時間感應到， 所以 在傳感器的選擇上我選擇了光敏電阻對明火感應，它能立即產生跳變信號輸入給控制器。 報警部分：當傳感器發(fā)現有燃燒狀況時，必須要發(fā)出報警信號以提示室內人員進行疏散和就火行動。所以報警功能相當重要。聲光報警電路主要是通過送給單片機一個信號，然后利用 I/O 連接 LED 燈，進行閃爍報警，和搭建電路連接蜂鳴器進行聲音報警。由于蜂鳴器的聲音過小，我選擇在蜂鳴器前加一個 KD9561構成音響報警電路。 驅動和避障部分： 經過反復考慮論證，我制定了左右兩輪分別驅動，前后萬象輪轉向的方案，即左右輪分別用兩個轉速和力矩基本完全相同的直流電機進行驅動，前后裝兩個萬象輪。這樣，當兩個直流電機轉向相反，同時轉速相同時就可以實現電動車的原地旋轉，由此可以輕松實現小車坐標不變的 90度和 180度轉彎。 在安裝時并不把兩個萬象輪安裝在同一平面上，小車前進時，左右兩驅動輪和前萬象輪形成三點結構，這種結構使小車在前進時比較平穩(wěn)，可以避免出現前后兩輪過低而使左右兩驅動輪驅動力不夠的情況。為了防止小車重心偏移 ，后萬向輪起支撐作用。 滅火部分：我選用了風扇對火焰進行滅火，因為可以通過單片機的編程靈活控制風扇的風量大小，而且輕便安全，不會造成資源的浪費。 火災預警機器人設計 4 3 軟件流程圖 圖 軟件流程圖 開始 是否檢測到火源 結 束 是 程 序 初 始 化 調用聲光報警子程序 啟 動 尋 火 程 序 前方是否有障礙 左轉或右轉避開障礙 啟 動 滅 火 否 是 是否有信號輸入 A/D 轉 換 是 否 通過舵機控制風扇方向滅火 是否檢測到火源 是 否 火災預警機器人設計 5 4 各部分程序設計 火焰探測部分 火焰是由各種燃燒生成物、中間物、高溫氣體、碳氫物質以及無機物質為主體的高溫固體 微粒構成的?；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度、波長分布有所差異，但總體來說，其對應火焰溫度的 1 ～ 2 μ m 近紅外波長域具有最大的輻射強度 . 圖 。 PbS光敏電阻的暗電流為 1MΩ，亮電阻的阻值為 （ 輻照度 1mW/cm178。下測試 ） ，峰值相應波長為 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構成對光敏電阻 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，只要保證光電導靈敏度 Sg不變，輸出電路的電壓靈敏度就不會因為更換光敏電阻的阻值而改變，從而使前置放大器的輸出信號穩(wěn)定。當被監(jiān)測物體的溫度高于燃點或點燃處發(fā)生火災時，物體將發(fā)生波長接近于 m的輻射（或“跳變”的火焰信號）。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，并經電容 C2耦合，送給由 V V3組成的高輸入阻抗放大器放大。火焰的“跳變”信號被放大后送給控制檢測中心的放大器，并由控制監(jiān)測中心發(fā)出火災警報信號和執(zhí)行滅火動作 圖 明火檢測報警器 火災預警機器人設計 6 圖 42 機器人的輪子分布 圖 43 機器人的電機驅動 經過反復考慮論證，我制定了左右兩輪分別驅動，前后萬象輪轉向的方案，即左右輪分別用兩個轉速和力矩基本完全相同的直流電機進行驅動，前后裝兩個萬象輪。這樣，當兩個直流電機轉向相反，同時轉速相同時就可以實現電動車的原地旋轉，由此可以輕松實現小車坐標不變的 90度和 180度轉彎。 在安裝時并不把兩個萬象輪 安裝在同一平面上，小車前進時，左右兩驅動輪和前萬象輪形成三點結構，這種結構使小車在前進時比較平穩(wěn)，可以避免出現前后兩輪過低而使左右兩驅動輪驅動力不夠的情況。為了防止小車重心偏移，后萬向輪起支撐作用。 直流電機的結構特點 1－電樞繞組； 2－電樞鐵心； 3－機座； 4－主磁極鐵心； 5－勵磁繞組； 6－換向極繞組； 7－換向極鐵心； 8－主磁極極靴； 9－機座底腳 圖 44 直流電機的工作原理 輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，稱為直流電機，它是能實現直流電能和機械能互相轉換的 電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。 直流電機 2 直 火災預警機器人設計 7 直流電機的機械特性 圖 45 直流電動機的機械特性 圖 46 PMW 脈沖寬度調制示意圖 （ 1） 額定功率 ：是指軸上輸出的機械功率，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 ：允許流過的最大電流，單位為 A(安 )。 （ 4） 額定轉速 ：額定轉速是指電機在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的 情況下運行時，電機的旋轉速度，單位為 rpm(轉 /分 )。 直流電機驅動電路 圖 47 電機驅動流程 所謂 H 橋驅動電路是為了直流電機而設計的一種常見電路，它主要實現直火災預警機器人設計 8 流電機的正反向驅動，其典型電路形式如下圖： 圖 48 H 橋驅動原理圖 開關 A、 D 接通，電機為正向轉動， 開關 B、 C 接通時，直流電機將反向轉動。 剎車 —— 將 B 、 D 開關（或 A、 C）接通，則電機慣性轉動產生的電勢將被短路，形成阻礙運動的反電勢，形成 “剎車 ”作用。 惰行 —— 4 個開關全 部斷開，則電機慣性所產生的電勢將無法形成電路，從而也就不會產生阻礙運動的反電勢，電機將慣性轉動較長時間 電機驅動電路的設計 我們采用電機驅動芯片 L298N 作為電機驅動，驅動電路的設計如圖 49 所示： 圖 49 L298 電機驅動電路 L298N 的 12 四個引腳接到單片機上，通過對單片機的編程就可以實現兩個直流電機的正反轉。 火災預警機器人設計 9 語音辨識電路 我采用的語音播放和語音辨識的電路與單片機的接口