【正文】 、功能及可實現(xiàn)性，其目的是使機(jī)器功能更強(qiáng)、柔性更大、滿足不同目的的需求。機(jī)器人控制技術(shù)現(xiàn)已實現(xiàn)了陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 機(jī)器人的全數(shù)字化控制，基于傳感器的控制技術(shù)已取得了重大進(jìn)展。同時機(jī)器人的控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于 PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點。目前正研究利用計算機(jī)技術(shù)，探索高效的控制驅(qū)動算法，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度；同時利用現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)的分布式控制 [1]。在智能滅火系統(tǒng)中應(yīng)用單片機(jī)來代替人的思考，還可以實現(xiàn)自動化控制，簡化了滅火的工作 流程，使單片機(jī)代替多余的消防人員，節(jié)省了國家不必要的支出，降低了危險。與普遍意義上的機(jī)器人相比該智能小車制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡單，程序調(diào)試方便， 此設(shè)計在前人研究的基礎(chǔ)上，通過不斷地學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，力求對消防機(jī)器人設(shè)計達(dá)到更深的了解和研究，促進(jìn)消防機(jī)器人在火災(zāi)中的應(yīng)用并推廣在相關(guān)領(lǐng)域的研究，使消防研究工作不斷向前發(fā)展，具有很大的學(xué)術(shù)價值 。滅火通過火焰檢測傳感器找到蠟燭，控制電機(jī)引導(dǎo)小車走向蠟燭附近并吹滅蠟燭。 系統(tǒng)具體設(shè)計要求如下： （ 1） 實現(xiàn)直流減速電機(jī)的啟、停、正、反控制； （ 2） 利用直流減速電機(jī)實現(xiàn)對小車的運動控制； （ 3） 利用穩(wěn)壓芯片為單片機(jī)電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓； （ 4） 利用紅外線光電開關(guān)對障礙物的檢測； （ 5） 利用光敏晶體管對火源的檢測； （ 6） 通過單片機(jī)控制小車運動狀態(tài)實現(xiàn)小車的滅火避 障； （ 7） 通過編程檢驗系統(tǒng)程序的模塊化設(shè)計。單片機(jī)采集火焰檢測模塊和避障模塊的信號，通過控制電機(jī)驅(qū)動模塊使小車避障行駛?cè)フ覍せ鹪矗谡业交鹪粗?，單片機(jī)控制電機(jī)停止，開啟風(fēng)扇滅火，從而實現(xiàn)對整個火災(zāi)點滅火的過程。按鍵實現(xiàn)人機(jī)交互；可以提供豐富、直觀、友好的信息界面 ； （ 4） 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，實現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)及開啟風(fēng)扇滅火 。 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， 按鍵用于用戶啟動滅火機(jī)器人。 避障模塊 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 方案 1： 用超聲波傳感器進(jìn)行避障。然后將這信號放大后送入單片機(jī)。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)。因此我們考慮其他的方案，如圖 23所示。光電開關(guān)的工作原理如圖 4 所示：根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均能檢測。當(dāng)有光線 反射回來時，輸出低電平。 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 2 4 紅外光電開關(guān)測量原理圖 火焰檢測方案 火焰檢測有溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、紫外傳感器以及 CCD 傳感器?？紤]到易用性，排除了 CCD 傳感器，從而主要考慮以下三種方案。 實驗中發(fā)現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)，空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生任何變化。 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 ? 使用紫外線傳感器識別火焰 方案 1 u F1 M ΩU VA / D轉(zhuǎn) 換器顯示 圖 26 紫外線傳感器識別方案 紫外線傳感器只對 185～ 260nm狹窄范圍內(nèi)的紫外線進(jìn)行響應(yīng)，而對其它頻譜范圍的光線不敏感，利用它可以對火焰中的紫外線進(jìn)行檢測。主要缺點是價格是紅外傳感器的 810倍。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。經(jīng)驗證 紅外接受二極管檢測距離遠(yuǎn)，線性度好，檢測準(zhǔn)確，紅外接收二極管與電阻分壓電路電位器比較電壓 單片機(jī)陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 且體積較小 在機(jī)器人設(shè)計中，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。 綜合考慮此處選用紅外接受二極管。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)計了一路近距離火焰?zhèn)鞲衅?。?jīng)實驗驗證，系統(tǒng)工作穩(wěn)定 。 滅火機(jī)器人的方案設(shè)計與論證 方案 1：自己制作電動小車（包括車體），組裝合適的電機(jī)及驅(qū)動板，自制探測器，利用開發(fā)板做控制驅(qū)動小車。小車的一體電路設(shè)計，比較難良好地實現(xiàn)。曾經(jīng)用過該類型小車，萬向輪方向存在不確定性。用自制模塊或購買完整傳感器模塊，用自制單片機(jī)最小系統(tǒng)板控制小車運動。安裝電路板方便且規(guī)整，美觀。 綜合考慮，我們選定方案 3 作為我們的第一步方案。所以電源的提供必須準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠。 方案 2：由于超聲波模塊輸入輸出是方波模擬量，其他模塊對其干擾特別大，用四節(jié)干電池為超聲波供電，用八節(jié)干電池為電機(jī)單獨供電，免去了分壓，而且模塊間干擾小，八節(jié)干電池通過 AM1117，進(jìn)行降壓到 5V,能夠保證單片機(jī)和其它模塊的持續(xù)供電，電量充足。 單片機(jī)控制模塊 方案 1：采用 ARM芯片，運行速度快，功能強(qiáng)大。 方案 2：采用 STC89C52作為主控制芯片，該芯片有足夠存儲空間，可以方便的在線下載程序，反復(fù)燒寫達(dá)十萬次，方便。降低成本。 電機(jī)驅(qū)動模塊 方案 1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適合小車等有一定速度的系統(tǒng)。改變正負(fù)極可方便的改變電機(jī)轉(zhuǎn)動的方向，方便改變小車的運行狀態(tài)。 尋 跡傳感器模塊 方案 1：采用光敏電阻和二極管配合，受外界干擾比較大，對地面平整要求較高。 綜合分析，我們采用方案 2.。 方案 2：采用紅外接受二極管，紅外接收二極管將外界紅外光的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓?，利?LM324進(jìn)行電壓比較，后輸出數(shù)字開關(guān)量。 比較兩種方案，方案 2，受外界干擾小，容易探測到火源，因此我們選用方案 2。 方案 2：用超聲波傳感器進(jìn)行避 障。然后將這信號放大后送入單片機(jī)。超聲波傳感器需要 40KHz 的方波信號來工作，超聲波傳感器對工作頻率要求較高，偏差在 1％內(nèi)，所以用單片機(jī)作方波發(fā)生器方便有效。 方案 2：直接利用三極管驅(qū)動直流電機(jī)。同時驅(qū)動效率大，穩(wěn)定性好。 綜合考慮，選用方案 2。 2． 采用 3+4+8