【正文】 獻(xiàn) ............................................................................................................................. 23 指導(dǎo)教師簡介 ..................................................................................................................... 24 致 謝 ................................................................................................................................. 25 附 錄 ................................................................................................................................. 26 1 前言 1 1 前言 機器人向人們展示的是一門集機、電、計算機、材料、傳感器、 控制技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，也是一個國家科技水平的標(biāo)志。 它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么人類的發(fā)展隨著人們這種社會發(fā)展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認(rèn)識自然過程中，實現(xiàn)人們對不可達(dá)世界的認(rèn)識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。但從完整的更為深遠(yuǎn)的機器人定義來看，應(yīng)該更強調(diào)機器人智能，所以人們又提出來機器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。 進(jìn)入二十一世紀(jì)后，機器人技術(shù)的不斷發(fā)展使得機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，從以往多應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域而漸漸融入人們的生活。從 1986 年日本東京消防廳首次在滅火中采用了 “彩虹 5 號 ”機器人后，消防機器人就逐漸在滅火救災(zāi)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，消防機器人技術(shù)也得到快速 的發(fā)展。 首先，在從網(wǎng)上查找資料中，發(fā)現(xiàn)做滅火機器人的用途有很多，譬如，可以1 前言 2 自已發(fā)現(xiàn)火源，并且能夠準(zhǔn)確定位，這樣就可以減少許多人發(fā)現(xiàn)不了的火災(zāi)，從而也能減少財資的損失；同時，由于機器人能夠滅火，那么若大量把它們用在消防中，無疑也能避免消防人員人工滅火中的人身受傷。 其次，在準(zhǔn)備的過程中，發(fā)現(xiàn)困難最多之處在于，如何讓它能準(zhǔn)確定位、并且在發(fā)現(xiàn)火源時能控制自己的距離而不至于沖入火源？所以，在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)下，最后確定用 8 個光電傳器來定位、定距。 第三，對我們來說，最關(guān)鍵的是能在設(shè)計這個滅火機器人的過程中，重新復(fù)習(xí)，同時也是重新學(xué)習(xí)我們在這 4 年中本應(yīng)該學(xué)的專業(yè)知識，為畢業(yè)后的工作做準(zhǔn)備，讓自己能在找工作的過程中減少一點障礙，而增加一點信心。因為，我們在初步的調(diào)研與計劃中發(fā)現(xiàn)，不僅要用到以前學(xué)過的模電、數(shù)電、 C 語言、傳感技術(shù)等，概括起來幾乎是整個大不期間學(xué)過的基礎(chǔ)以用專業(yè)知識。 國際上較早開展消防機器人研究的是美國和前蘇聯(lián)，稍后，英國，日本，法國，德國先等國家也紛紛開始研究該類技術(shù)。 日本投入應(yīng)用的消防機器人最多。 美國已研制出能依靠感覺信息控制的救災(zāi)智能化機器人，如 1994 年用于探測阿拉斯加州斯珀活火山的“但丁 2 號”，抓獲殺人犯的 RNI9 型遙控消防機器人等。 英國智能化保安公司的 ROVEH 遙控消防車已裝備于中部和西部消防門，配備為履帶式或輪式行駛機構(gòu)，能抓樓梯，通過電纜供電或自攜蓄電池供電。 1985 年英國中西部門和 SAS公司聯(lián)合研制的機器有消防車，用 HunterⅢ汽車改裝而成，裝有雙臂、水槍、探測器（溫度、化學(xué)物質(zhì)、輻射等）、工業(yè)電視攝像機、紅外線裝置。 前蘇聯(lián)彼得拉機廠與內(nèi)務(wù)部消防科研所共同研制的消防機器人具有視覺功能，裝有消防水槍，光電探頭和工業(yè)電視攝像機等。但是，我國消防機器人的研 究還處在初級階段，還有許多有待研究的問題。研制能夠用于這些場合的偵察滅火機器人，協(xié)助消防人員進(jìn)行火災(zāi)的定位和滅火，將有極大的社會意義 。 系統(tǒng)方案設(shè)計的概述和設(shè)計步驟 在本次系統(tǒng)的具體設(shè)計中，硬件 設(shè)計和軟件的算法設(shè)計 兩大快，首先是硬件的設(shè)計 ， 其次再進(jìn)行軟件算法的設(shè)計 ，軟件 算法的設(shè)計 要參考硬件的設(shè)計，所以雖然兩大快分別做介紹，但是始終要保持軟硬結(jié)合。系統(tǒng)使用紅外測溫傳感器測出火源與機器人所在地的溫度差，并 利用 自由 空間電波的衰減公式導(dǎo)出火源與各傳感器的距離，再根據(jù)平面幾何關(guān)系計算出火源的方向與距離。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 本系統(tǒng)是基于 51 單片機的系統(tǒng)。 其次 ， 是模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，該部分由一片 ADC0809 構(gòu)成，完成信號采集與信號處理即傳感器與單片機之間的連接，紅外測溫傳感器的輸出信號為模擬信號， 51 系列3 系統(tǒng)總體方案 6 單片機所需要的輸入信號為數(shù)字信號，只有 通過 A/D 轉(zhuǎn)換才能處理傳感器測得信號。 測溫模塊測得的數(shù)據(jù)要在此進(jìn)行處理，以指導(dǎo) 整個系統(tǒng)在 下一步的工作。 火源定位是根據(jù)自由空間的能量損耗公 式由測得溫度推算出來的。 單片機再根據(jù)測算結(jié)果來計算出機器人要走的路線，并以此來控制機器人的動作。當(dāng)然，這里提的只是慢慢向完善靠攏，方案的設(shè)計中，大抵不用考慮細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)方面的考慮在系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計方面尤其重要，細(xì)節(jié)體現(xiàn)品質(zhì)，在具體的設(shè)計中，打敗這個設(shè)計的最終結(jié)果的，往往不在方案上，而在細(xì)節(jié)的把握上，所以本次設(shè)計中，在硬件設(shè)計和軟件設(shè)計方面更加注意了細(xì)節(jié)的把握，盡量用自己所學(xué)的東西讓系統(tǒng)盡量沒有什么差錯。 ●硬件實現(xiàn)的接口問題，在實際的系統(tǒng)設(shè)計中，要實現(xiàn)很多的通 信， 比 如說，單片機與芯片之間的通信 ，傳感器與芯片之間的通信 等，采用什么樣的接口比較重要 。4 實驗系統(tǒng)的硬件設(shè)計 8 4 實驗系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件器件的選擇 AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 8031 CPU與 MCS51 兼容 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz 128*8 位內(nèi)部 RAM 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2．管腳說明 ： VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部 拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） 4 實驗系統(tǒng)的硬件設(shè)計 10 /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩 個機器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘 工作電路的輸入。 3．振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦操作中，代碼陣列 全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU 停止工作。在掉電模式下，保