【正文】 ，那么這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒(méi)有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來(lái)越豐富，它內(nèi)涵越來(lái)越寬。 滅火機(jī)器人的發(fā)展近幾十年中，大量的高層、地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。為了解決這一問(wèn)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。 從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始，世界許多國(guó)家都進(jìn)行了消防機(jī)器人的研究。 我國(guó)從八十年代末期開(kāi)始消防機(jī)器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機(jī)器人的研究中取得了大量的成果，自行式消防炮已經(jīng)投入市場(chǎng)，履帶輪式消防滅火偵察機(jī)器人也于 2022 年 6 月通過(guò)了國(guó)家驗(yàn)收。比如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員不可能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)高處的火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時(shí)極易中毒。 基于人工智能的不斷發(fā)展，各項(xiàng)高新技術(shù)的不斷成熟，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，消防機(jī)器人在功能上會(huì)更具多樣特點(diǎn)，在較多危險(xiǎn)區(qū)域可以完全代替消防員，避免消防員生命傷亡。 本文的主要內(nèi)容及組織本論文設(shè)計(jì)了以 ARM2103 作為主控制器，光敏電阻作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?，用TCRT5000 型光電對(duì)管進(jìn)行尋線和避障，L298 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。完成主要功能模塊的程序設(shè)計(jì)，分別完成對(duì)各個(gè)功能模塊的程序進(jìn)行調(diào)試工作。最終確定手工制作小車，采用 ARM2103 作為主控制器，用 ST178 型光電對(duì)管進(jìn)行避障，光敏電阻傳感器作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?，L298 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)方案。小車必須通過(guò)內(nèi)部設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況進(jìn)行分析并做出相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到小車智能滅火的目的。 圖 21 系統(tǒng)方框圖為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。但在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中選擇合適的 MCU 帶來(lái)了很大的困難。P89V51RC2 是一個(gè)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)擦多次的 Flash 只讀存儲(chǔ)器，具有 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，32 個(gè) IO 口，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。但是考慮到本系統(tǒng)要進(jìn)行避障和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)以及電機(jī)的控制、聲音報(bào)警，若使用P89V51RC2 可能在數(shù)據(jù)處理方面有一些不足。方案 2：采用周立功公司的 ARM2103 作為主控制器。 較小的封裝和極低的功耗使 LPC2103 適用于訪問(wèn)控制器和 POS 機(jī)等小型應(yīng)用系統(tǒng)中； 由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口（2 個(gè) UART、SPI、SSP 和 2 個(gè) I2C）和 8KB 的片內(nèi) SRAM，LPC2103 也適合用在通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器中。 16/32 位 ARM7 TDMIS 微控制器，超小 LQFP48 封裝；8KB 的片內(nèi)靜態(tài) RAM 和 32KB 的片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器。單個(gè) Flash 扇區(qū)或整 片擦除時(shí)間為 100ms， 256 字節(jié)編程時(shí)間為 1ms； 嵌入式 ICE RT 通過(guò)片內(nèi)RealMonitor 軟件提供實(shí)時(shí)調(diào)試； 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器提供 8 路模擬輸入（每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間低至 ） ，以及特 定的結(jié)果寄存器來(lái)最大限度地減少中斷開(kāi)銷；2 個(gè)32 位定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器（帶 7 路捕獲和 7 路比較通道） ；2 個(gè) 16 位定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器（帶 3 路捕獲和 7 路比較通道） ；低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）具有獨(dú)立的電源和特定的 32KHz 時(shí)鐘輸入；多個(gè)串行接口，包括 2 個(gè) UART（16C550 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)） 、2 個(gè)高速 I2C 總線（400 Kbit/s） 、 SPI 和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變功能的 SSP；向量中斷控制器（VIC ） ，可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址；多達(dá) 32 個(gè)通用 I/O 口（可承受 5V 電壓） ；多達(dá) 13 個(gè)邊沿、電平觸發(fā)的外部中斷管腳；通過(guò)一個(gè)可編程的片內(nèi)PLL （100us 的設(shè)置時(shí)間）可實(shí)現(xiàn)最大為 70MHz 的 CPU 操作頻率，其具有 10MHz～25MHz 的輸入頻率；片內(nèi)集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為 1～25MHz；低功耗模式包括空閑模式、帶 RTC 的睡眠模式和掉電模式；可通過(guò)個(gè)別使能/禁止外圍功能和外圍時(shí)鐘分頻來(lái)優(yōu)化額外功耗；通過(guò)外部中斷或 RTC 將處理器從掉電模式中喚醒。從方便使用和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，我們選擇了方案 2。下面我們分析了幾種常見(jiàn)電機(jī)。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，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(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 傳感器的選擇 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇火焰檢測(cè)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 1：用煙霧傳感器。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的，沒(méi)有太大的煙霧，因此用煙霧傳感器作為此小型電動(dòng)車的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱?，因此我放棄了此方案方?2：用紫外傳感器檢測(cè)火焰。紫外線火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度高，相應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)明火特別敏感，能對(duì)火災(zāi)立即做出反應(yīng)。方案 3：用光敏電阻作為傳感器。光敏電阻在光照條件下電阻值隨外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化的組件，光越強(qiáng)阻值越小，光越弱阻值越大。從經(jīng)濟(jì)和方便的角度考慮，本課題選擇了方案 3。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。方案 2：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。TCRT5000 為反射取樣式紅外線對(duì)管作為核心傳感器件。所示。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。 避障傳感器的選擇方案 1：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。然后將這信號(hào)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(hào)來(lái)工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高，偏差在 1％內(nèi)，所以用模擬電路來(lái)做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。因此我考慮其他的方案。光電開(kāi)關(guān)的工作原理是根據(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)此做出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，當(dāng)檢測(cè)到有障礙物的時(shí)候，光電對(duì)管就能夠接收到物體反射的紅外光，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平?？紤]到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，沒(méi)有十分復(fù)雜的環(huán)境。 硬件總體設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)反復(fù)比較論證，我最終確定了如下方案：手工制作車體。用 TL1838A2 型光電對(duì)管進(jìn)行避障。L298 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。圖 24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 軟件總體設(shè)計(jì)方案 傳感器組把測(cè)得溫度分別通過(guò) AD 轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)一定的處理，比較得出溫度最高的三個(gè)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(cè)得溫度的大小呈負(fù)相關(guān)，溫度越高，距離火