家庭灭火机器人设计报告 精品Word文档下载推荐.docx
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系统总体设计框图如图
图2.1系统总体设计框图
2.2系统软件设计
软件设计方案是以上述硬件电路为基础的，包括电机控制模块、传感器模块的程序设计与实现。
程序设计采用C语言编写，编程环境是集成KeilC51编译器的集成编译环境。
灭火机器人设计的软件设计结构框图如图2.2所示。
图2.2系统软件设计框图
第三章硬件设计
3.1电源管理模块
电源是任何一个系统稳定运行的前提条件，为了使机器人运行稳定，单片机和电机的供电系统采用独立供电的方法。
3.1.1电源模块电路原理图
由于单片机及所有的传感器系统供电采用的是5V的电源，而车体要良好的运行电机的供电电压应该达到12V，所以在电源的处理上采用了稳压芯片7805CV和7812CV。
图3.1电源部分电路图
3.2电机驱动芯片L298N
L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。
是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。
5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。
也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。
3.2.1L298N的逻辑功能：
表3-3SHARPGP2D12实物图
3.2.2L298N电路原理图：
由于一片L298N可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机。
图3.3L298N电路图
3.3避障检测传感器HS0038
3.3.1HS0038简介：
HS0038B-系列微型接收机红外遥控器控制系统。
PIN二极管和前置上组装引线框架，环氧包被设计成红外过滤器。
该解调输出信号可直接解码的微处理器。
HS0038B是标准的红外遥控接收器系列，支持所有主要传输代码。
3.3.2检测原理：
红外发射管发射出经过调制过的38KHZ的红外光，当前方没有障碍物时，接收器收不到红外光，相反当前方有障碍物时，接受器可以收到红外光。
根据此原理，机器人可以感知前方的路况从而决定是否前行。
3.3.3HS0038与单片机连接原理图：
图3.3H0038电路图
HS0038内部集成了红外接收——运放——验波电路——带通滤波（中心频率）——整形电路——驱动电路，通过加入38k的调制信号可使该电路抗干扰能力增强，减少了自然光的影响。
其实在红外发射和VCC之间有一变位器,阻值为2~5欧左右此图没标上.
3.4地面灰度检测传感器ST188
3.4.1检测原理：
ST188是红外收发一体的器件，发射管发射出红外光线，接收管就可以根据接收的红外光线的强弱，感知地面的灰度。
由于此模拟房间的地面被处理成为黑白两种颜色，通过比较器设置灰度的门限值，可以很方便的感知地面的颜色，从而做出相应的决策。
3.4.2ST188原理图：
图3-6ST188电路图
图3-7L324图
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
3.5火焰传感器
此传感器本品可广泛应用于灭火机器人比赛中测量火焰值、足球比赛时，用于确定足球的方向。
下图为火焰传感器实物图。
图3.8火焰传感器实物图
3.5.1火焰传感器的使用
此传感器具有优良的火焰探测性能，可根据可见光、红外光强弱变化输出电平的大小。
其输出端口是一个四针的插头，其中黑色线为地线、红色线为电源线（+5V）、黄色线为信号线，用于输出测量的红外光强度电平、棕色线为信号线，用于输出可见光强度电平。
第四章软件设计
4.1灭火机器人行进路线分析
当小车处于起点，小车要开始搜索房间有两种路径可以选择，一是不过台阶，绕着4号房间向外搜索。
二是直接过台阶，然后开始搜索。
显然直接过台阶可以节省很多的时间，路径更短，因为我们制作的小车为履带结构，结合我们小车的特点和前面分析，我们选择过台阶。
过台阶后，小车处于3号和4号房间中间，由图可知，沿着右走的方案比较好，因此我们采用是右手规则，首先搜索的是3号房间，如图中的红色箭头。
当在3号房间发现火源时，小车进入房间并灭火，灭火后按原路返回；
如没有发现火源，小车继续按右手规则搜索房间，直到搜索4号房间，不管有没有搜索到火源，从4号房间出来都绕着4号房间返回起点，因为回家过程中的时间不记入总时间，而绕行比较安全，小车比较好控制。
图4.1灭火机器人行进路线
4.2软件流程图
图4.2灭火小车软件设计流程图
第五章调试记录
5.1调试记录
⏹前方传感器检测最佳距离12cm，500R的电位器逆时钟旋转可加大发射管的发射功率，检测距离可变远。
⏹地面灰度传感器：
测试距离2.5cm,黑地面输出电压1.3-1.5V；
白纸输出3.8-4.5V；
⏹前方火焰传感器最远测试距离2.5m，此次使用有效距离0.8m，输出电压0.6V，探测角度+30°
。
⏹转弯：
动作
延时常数
原地右转90
18
原地左转90
19
右后转180
37
左后转180
⏹电池电压:
5V供电的电压不得低于7.2V。
第五章实验总结
通过灭火机器人的制作，我对机器人的组成和原理,传感器有了全新的认识。
本次的灭火机器人小车设计主要涉及到单片机开发、机器人组成和原理、电机与驱动、传感器知识及程序算法设计等。
使用最多的是传感器，传感器是机器人的眼睛，只有传感器正确的识别道路，机器人才能正确搜寻房间。
因此传感器的设置很重要，须多次调试得出最佳参数值，如电压值、测试距离、探测角度等。
在整个实验过程中是最关键、最麻烦的就是系统的整体调试，我要调节各个参数，保证车子能正常完成各个功能。
同时还要考虑出现的各种不良因素，这要求制作的机器人的适应能力好,到达现场时需要调整的参数越少越好。
在控制机器人小车精确转弯时一定要使用相关硬件器件进行控制，比如指南针或者采用好的算法不需要进行精确转弯。
还要考虑机器人的行走路径的选择，因为我们制作的小车为履带结构，结合我们小车的特点和前面分析，我们选择过台阶直接过台阶，然后开始搜索。
显然直接过台阶可以节省很多的时间，路径更短。
通过本次设计，将我把所学的理论知识真正应用到实际当中，不仅加深了对理论知识的理解，同时还进行了拓展、发散。
在整个过程中，我体会到了知识的无穷力量。
参考工具
[1]《国际赛制机器人灭火比赛规则》.PDF
[2]李全利、迟荣强.单片机原理及接口技术.北京：
高等教育出版社，2004.1
[3]谭浩强.C程序设计（第二版）.北京：
清华大学出版社，1999.12
[4]童诗白、华成英.模拟电子技术基础（第三版）.北京：
高等教育出版社，2003.12
[5]康华光.电子技术基础数字部分（第四版）.北京：
高等教育出版社，1900.1
[6]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京：
北京航空航天大学出版社，2006.12
[7]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：
北京航空航天大学出版社，2006.12
[8]文艳、谭鸿.Protel99SE电子电路设计.北京：
机械工业出版社，2006.8
XX等等
附录1:
程序清单
#include<
math.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsi
sbitled1=P1^5;
//红外发射管
sbitled2=P1^6;
gnedint//
sbitled3=P3^7;
sbits1=P1^1;
//红外接收管
sbits2=P1^2;
sbits3=P1^4;
//sbits4=P1^3;
//sbits5=P1^4;
sbitstyou=P0^0;
sbitstzu
sbithuo=P2^0;
o=P0^1;
sbitfeng=P0^7;
sbiten1=P2^2;
//电机1/*L298的EnableA*/
sbiten2=P2^5;
//电机2
sbitin1_1=P2^3;
/*L298_1的Input1*左**/
sbitin1_2=P2^4;
/*L298_1的Input2*/
sbitin2_1=P2^6;
/*L298_2的Input1*右**/
sbitin2_2=P2^7;
/*L298_2的Input2*/
uchart=0;
/*pwm调速中断计数器*/
ucharsuozuo=100;
/*电机速度值参数：
0～100*/
ucharsuoyou=54;
uchari=0;
uchark=0;
//房间标志变量
ucharh=0;
ucharm=0;
voidstop（）;
voidtiaoyou（）;
voidtiaozuo（）;
voidqian（）;
voiddelay（uint）;
voidzuo（）;
voidyou（）;
voidsi（）;
voidtiaohuo（）;
voidpao（）;
voidinit（）;
voiddus（uchar）;
voidtiaohui（）;
voidhui1（）;
voidhui2（）;
voidhui3（）;
voidhui4（）;
voidzhao（）;
voidqian（）
{
in1_1=1;
in1_2=0;
in2_1=1;
in2_2=0;
}
voidxun1（）
in1_1=0;
in1_2=1;
delay（15）;
while（m==0）
if（（styou==1）||（stzuo==1））
{
m++;
if（huo==1）
stop（）;
delay
（1）;
feng=1;
delay（20）;
feng=0;
h=1;
si（）;
}
else
qian（）;
delay
（1）;
else
{
if（（s1==1）&
&
（s2==1））
}
elseif（（s1==0）&
（s2==1））
tiaozuo（）;
elseif（（s1==1）&
（s2==0））
tiaoyou（）;
else
voidzhao（）
if（（k==2）&
（m==0））
xun1（）;
else
pao（）;
voidsi（）
in1_1=1;
in2_1=0;
in2_2=1;
delay（12）;
voidtiaohuo（）
in1_1=0;
voidzuo（）//90
delay（18）;
//更改参数可调节角度
voidyou（）//90
delay（19）;
附录2:
灭火机器人实物图及灭火场地
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