【正文】 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 液晶特性如下： 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 第 13 頁 共 50 頁 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。具體的安裝位置實(shí)物圖如圖 18 所示： 圖 18 避障傳感器安裝實(shí)物圖 液晶顯 示模塊 顯示電路是滅火機(jī)器人與用戶交互的接口，用戶通過顯示來觀察滅火次數(shù)和小車行進(jìn)狀態(tài)。 避障模塊的安裝 在避障傳感器的設(shè)計(jì)中，我們在車體底盤的前端裝有二個避障傳感器，用來起到避開障礙物的作用。避障模塊接口電路如圖17。 ,有效距離 350CM 可調(diào) 檢測物體：透明或不透明體 工作環(huán)境溫度： 25℃ ~+55℃ 標(biāo)準(zhǔn)檢測物體：太陽光 10000LX 以下 白熾燈 3000LX 以下 圖 16 避障原理 原理分析如圖 16 所示， E18D50NK 紅外光電開關(guān)發(fā)射出紅外線，被物體阻斷或部分反射， E18D50NK 內(nèi)部紅 外接收管接收到反射回來的紅外線，然后有一個由高到低的電壓變化， E18D50NK 內(nèi)部電壓比較器根據(jù)這個電壓的變化輸出數(shù)電信號給單片機(jī)處理。為能讓對測量距離的調(diào)節(jié)，在信號輸出端需外接一個 1KΩ上拉電阻，調(diào)節(jié)電位器，即可調(diào)節(jié)測量的距離。E18D50NK 傳感器是一種紅外線反射式接近開關(guān)傳感器，用于物體的反射式檢測，該傳感器具有體積小，功耗低，應(yīng)用方便，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此我們選擇此電路作為我們 的傳感器檢測與調(diào)理電路。當(dāng)檢測到火焰時(shí)，火焰?zhèn)鞲衅鲗?dǎo)通，電壓比較器輸出高電平， LED 燈滅。 如表 2所示， 下面為 紅外接收二 極管 實(shí)測數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室內(nèi)正常日光燈環(huán)境實(shí)測 結(jié)果。前些年常用 μPC1373H、CX20216A 等紅 外接收專用放大電路。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 第 10 頁 共 50 頁 紅外接收管是一種光敏二極管。 紅外接收二極管的結(jié)構(gòu)如圖 13所示。紅外接收二極管能很好地接收 紅外發(fā)光二極管 發(fā)射的波長為 940nm的紅外光信號，而對于其他波長的光線則不能接收。它廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中 ， 如音響、 彩色電視機(jī) 、空調(diào)器、 VCD視盤機(jī)、 DVD視盤機(jī)以及錄像機(jī)等。外界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越??；紅外光越弱，數(shù)值越大。 圖 10 滅火電機(jī)驅(qū)動 火焰測量電路 火焰測量電路用來檢測火源點(diǎn)，該設(shè)計(jì)采用紅外接收二極管，它 能夠探測到波長在700納米～ 1000納米范圍內(nèi)的紅外光，探測角度為 60，其中紅外光波長在 880納米附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。 另外本設(shè)計(jì)特別在直流電機(jī)的電樞兩端并聯(lián)一個 的瓷片電容，以穩(wěn)定電機(jī)，不至于對單片機(jī)造成干擾，實(shí)際的使用效果不錯，省掉了通過光耦隔離 TPL521 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出信號與電機(jī)驅(qū)動信號隔離的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。在硬件電路的連接上，我們將單片機(jī)的 IO 口分別連接到 L298 的 IN1 和 IN2 上，通過改變單片機(jī) IO 口上的高低電平變化以控制小車的前進(jìn)方向，通過改變單片機(jī) IO 口上 的高低電平的占空比以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 [8]。 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 第 8 頁 共 50 頁 VCC9VC4OUT12OUT23OUT313OUT414IS INA1IS ISB15IN15IN27IN310IN412INA6INB11GND8U6L298D13 D14 D15 D16D21 D22 D23 D249V5VGNDGND12J9JP212J10JP2GND GNDD25 D26D20D19PWMAPWMB123456J4JP6PWMAPWMB5V1kR191kR201kR211kR221 2J312J8D17LED 貼片1kR235VGNDIN1IN2IN3IN4電機(jī)驅(qū)動模塊 圖 9 電機(jī)控制原理圖 如圖 9 所示， OUT1 和 OUT2， OUT3 和 OUT4 分 別接 2 個直流電機(jī)， IN ININ IN4 引腳從單片機(jī)接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA、 ENB 接控制器使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)， L298 的邏輯功能表如表 1 所示： 表 1 電機(jī)轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼 左電機(jī) 右電機(jī) 左電機(jī) 右電機(jī) 電動車運(yùn)行狀態(tài) IN1 IN2 IN3 IN4 1 0 1 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 前行 1 0 0 1 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 1 0 1 1 正轉(zhuǎn) 停 以左電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn) 0 1 1 0 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 1 1 1 0 停 正轉(zhuǎn) 以右電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn) 0 1 0 1 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 后退 對于電機(jī)的調(diào)速，我們采用 PWM 調(diào)速的方法，其原理就是開關(guān)管在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間為 t，周期為 T，則電機(jī)兩端的平均電壓 U=Vcc*(t/T)=aVcc。 L298 驅(qū)動芯片結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。v=2***100/60=能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求；實(shí)現(xiàn)滅火工作的是采用 12V直流風(fēng)扇，試驗(yàn)所采用的火源為小蠟燭產(chǎn)生的火焰，火勢較小，直流風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)力足夠在幾秒內(nèi)滅火。我們所選用的直流電機(jī)減速比為 1：74，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/min。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。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。由于火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測距離很遠(yuǎn)，為了避免小車判斷不了火焰的遠(yuǎn)近的情況出現(xiàn)，我們設(shè)計(jì)了一路近距離火焰?zhèn)鞲衅鳌?綜合考慮此處選用紅外接受二極管。 經(jīng)驗(yàn)證 紅外接受二極管檢測距離遠(yuǎn)，線性度好，檢測準(zhǔn)確，且體積較小 在機(jī)器人 設(shè)計(jì) 中，紅外火焰探頭起著非常重要的作用，它可以用作機(jī)器人的眼睛來尋找火源或 其他物體 。 紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為 電壓 的變化，通過 電位比較器來反應(yīng)高低電平的變化 。 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 第 6 頁 共 50 頁 ? 紅外接收二極管識別火焰方案 圖 7 紅外接收二極管原理圖 紅外接收二極管 可以用來探測波長在 700nm ~ 1000nm 范圍內(nèi)的紅外線，探測角度為 60176。 具有靈敏度高，檢測及時(shí)準(zhǔn)確、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn) 。光敏電阻在燈光下，易受干擾 在一定范圍內(nèi)空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生變化，光敏電阻受外界干擾比較大，抗干擾能力極差，誤差偏大，不能準(zhǔn)確測定火源位置 [5][6]。 ? NTC 熱敏電阻和光敏晶體管測量方案 熱 敏電 阻電 路光 敏電 阻電 路A / D轉(zhuǎn) 換器單片機(jī) 圖 5 NTC 熱敏電阻和光敏電阻測量系統(tǒng)圖 如圖 5 所示，利用熱敏或光敏電阻的阻值隨溫度光亮變化的特性，將熱敏或光敏電阻與線性電阻構(gòu)成分壓電路，當(dāng)溫度光亮變化時(shí)其阻值變化，進(jìn)而分壓變化，然后將這電壓信號經(jīng)過運(yùn)放放大調(diào)理成 0— 5V 的電壓信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號送給單片機(jī)。綜合論證這幾種傳感器，因本設(shè)計(jì)使用蠟燭模擬火源，對環(huán)境溫度影響小，煙霧少，排 除了煙霧傳感器。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案 2。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平 [4][7]。紅外光電開關(guān)操作簡單，使用方便。 圖 3 超聲波傳感器原理圖 方案 2: 用紅外光電開關(guān)進(jìn)行避障。而用單片機(jī)來作方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用 [2]。超聲波傳感器的原理如圖 3 所示：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收。 滅火機(jī)器人模型的測量方案 避障及火焰測 量是滅火機(jī)器人最重要部分之一，它是實(shí)現(xiàn)其他功能的基本條件，這一部分性能好壞將關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計(jì)一個成本低、可靠性高、滅火效率高、調(diào)試簡便的測量方案是該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 MCU 根據(jù)接收的信息發(fā)出控制指令控制電機(jī)或風(fēng)扇工作，顯示單元可顯示當(dāng)前滅火的次數(shù)和行進(jìn)狀態(tài)。 控制模塊，控制模塊主要由電機(jī)驅(qū)動電路、滅火模塊等組成，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及開啟風(fēng)扇滅火。 人 機(jī)交互單元，由按鍵及顯示單元組成。 單片機(jī)火 焰 檢 測 模 塊避 障 模 塊滅 火 模 塊電 機(jī) 驅(qū) 動 模 塊顯 示 模 塊 圖 1 系統(tǒng)原理方框圖 滅火機(jī)器人的整體設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人由四部分組成： 數(shù)據(jù)采集模塊，主要由火焰采集模塊和避障模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了滅火機(jī)器人的對各類參數(shù)的采集，是控制器核心部分。 6. 通過單片機(jī)控制小車運(yùn)動狀態(tài)實(shí)現(xiàn)小車的滅火避障； 7. 利用 1602 液晶的工作狀態(tài)顯示； 8. 通過編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序的模塊化設(shè)計(jì)； 武漢工程大學(xué)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 第 3 頁 共 50 頁 ??????????????? ??????????第二章 系統(tǒng) 基本原理 與總體 方案設(shè)計(jì) 滅火機(jī)器人的基本原理 滅火機(jī)器人滅火原理如圖 1 所示。自動避障通過紅外光電開關(guān)感應(yīng)前方的障礙物，程序判斷處理控制小車轉(zhuǎn)彎避開障礙物。 課題任務(wù) 根據(jù)自動控制的基本要求，自動滅火避障智能小車必須在無人干預(yù)的情況下依靠處理器自動完成所有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 自動滅火避障智能小車可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。 課題的研究意義 智能避障滅火機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了對安全防護(hù)的質(zhì)的提高，也大大地減低了消防人員的危險(xiǎn)。機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字交流伺服驅(qū)動控制，絕對位置反饋。目前重點(diǎn)研究開放式、模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，具有良好的語言及圖形編輯界面。同時(shí)機(jī)器人機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 機(jī)器人技術(shù)方面：目前已經(jīng)開發(fā)出了多種類型機(jī)器人機(jī) 構(gòu)，其結(jié)構(gòu)有串聯(lián)、并聯(lián)及垂直關(guān)節(jié)和平面關(guān)節(jié)多種。 課題的研究現(xiàn)狀 智能小車方面：智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)。消防部隊(duì)將面對的火災(zāi)和應(yīng)急 救援的形勢相當(dāng)復(fù)雜。 一旦發(fā)生災(zāi)害事故，消防員面對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時(shí)，若沒有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場，不僅不能完成任務(wù)，還會徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊(duì)已歷經(jīng)諸多血的教訓(xùn)。 關(guān)鍵詞 ： STC89C52 單片機(jī)、光敏 晶體管、紅外光電開關(guān)、 1602 液晶模塊、 L298N Abstract In this paper, the design model for the design of a microcontrollerbased firefighting robot. System to STC89C52RC microcontroller for control core, innovation homemade flame sensor is used to measure the source of fire, use infrared receiverdiode to detect the roadblock ,the L298 drive motor rotation LCD1602 display the number of fires which are put out. The system use six innovation homemade flame sensors which consist of five remote Infrared receiverdiodes and one close Infrared receiverdiode to measure the source of fire,which pare other measurements with high precision, simple structure, reliable performance characteristics. Obstacle avoidance uses the E18 D50NK models of photoelectric sensor, the sensor has a long detection distance, small interference by visible light, the price is cheap, easy to assemble and convenient use, design is based on digital integrated circuit technology and singlechip microputer technology as the cor