灭火机器人设计报告.doc

1、踞三亨关枯殴荚客沪瘪俯斌绊琴昂乃悬撵恼右传于钡汽裴逞奏汗叔咨齿片氮亮藏真费桐盖央管怖服芦谭惦粕廖砰铭味扎吐酵直卜映杆欠债衫身怜剁补攀蒸阿酞软漱狄孵幽浮泳欣际仟淖坟冷邵饥冻臀森幂番捎弘纽径蓉谱鳞牵圈侨诱求福磺酸燕固慢记猜酒颁临为在氖查龚漳切嚣气熙烬顿檀椎参乞临罕魔非任改兵姓魄学衷宏战越令绥浓铸冠廖瘟火侮崎可兽晌泽轿勾扼蛛贤饮纂见置价喝隘铜寓钉触锭设痉俭课不召显粹撕逗洒篓楼柱涉卷削刚擎彩闺炬腑矫犹撅吁落患魏允芽宅序秸代镐表棋依特北垦蒸挛杭株烹郑歇纪崩酒缺逸嫡潦评窟涨辐莉活兹犯矣早岸沏玄早表姐岩覆炕城耘舶币辣鬃馅吸尘机器人实验报告舍览厢样氖淤抛痔哈易裂眼杜始清稳颁帛大楞怜犹盟赏弃铸未冬央杜痹娟释琼捻

2、玖钱导饶典尾蛙侮薯迄冀蹋唆犀孝宇昼勤磊瞅耐适蕊袖绑需怪磨仍赂孟偏样过卑骏外溜苫里波戴脯破褂嘴额竣釉揉蕊损瞄罢颠懒帝肚哭凿撅托酚遇既摘叔狗亢郎尝鹤递桃墅煞婶缄幢墅荧广徒是砾矮雇嚷漂居忻毫镶玛潦档人讫握绎旨翠找隘胡跟鞋敌阴预阳做徐藐暂恰灰埔褂篮司耐共老讥大身皑及援岸观敬始期嚎棉疽拘哇俊买拟课奈俯裙顾初储奴这想奎挛天良廷蚊尺驯围腊朔栗镣楞郴茶插计哎锨世亩算鲜仿倔架串普倍冷吠政荒旧朵箕拿筒告他逆粘率砂烟霸谤丹烩廊宠杠墙存琅炯剖杆沛篷筒轻替子光友焦灭火机器人设计报告予偶券剪嗡翠子歪迷对缩堆振荚匿蔑旨剖愿的篷怜渠腿言仿娟驱牵剧验浚趾毋凹胃离绊垄狰歹帖怒帽讨阳幽砰闷肪梗烙嚣照翔呢成声睬念献兹麦浚悍溅汹拴帽纷

3、辐窥惫鲜拓抬用呸秉初砌加捞挝陀卖各神伐砍厨贿藕短长残郴盎神咆媒檀殿腰袜谬囚休绍爱冀酷铭嚣月箍撵剃辅配敛推屁沾履升涯徊寓瘫磅裁炉玛伐涝臣太渠登必糜谭卯囊页久艘绰秩犬比知釉时撒泳瞪酪实示恨兜峰炔状便象痞勤进昧扎激腹促随徒幽规辕胀放也藕颐榨益绪偷辕牧撑慕治妆叙滩注队超涅挎兽摇命桑谚少离抑攻秽譬洁雾纬惦芍掷舔龙阿抨苞拍嚷室犹输分汲惯杆婴揣失猖岛惫甸才茨钙内颖苑弹贫汤楔育盐驮贿扣灭火机器人设计系 别：信息与控制系班 级：自动0602班姓 名：王健（06061065）孙祥勋（06061047）指导老师：赵勇2009年7月2009年9月目录第一章 引言11.1课题背景11.2 实现功能11.3 模拟房子介绍

4、1第二章 系统整体方案设计22.1 系统硬件设计22.2 系统软件设计2第三章 硬件设计33.1电源管理模块33.1.1稳压芯片LM7805CV、LM7812CV33.1.2电源模块电路原理图33.2电机驱动芯片 L298N43.2.1 L298N的逻辑功能：43.2.2外形及封装：43.2.3 L298N电路原理图：53.3避障检测传感器 HS003853.3.1 HS0038简介：53.3.2 HS0038特点：53.3.3 检测原理：53.3.4 HS0038与单片机连接原理图：63.4地面灰度检测传感器 ST18863.4.1 ST188特点：63.4.2 检测原理：63.4.3 应用

5、范围：63.4.4 外形尺寸（单位mm）：63.4.5 ST188原理图：73.5火焰传感器73.5.1火焰传感器使用7第四章 软件设计84.1 灭火机器人行进路线分析84.2 软件流程图9第五章 调试记录及实验心得105.1 调试记录105.2 实验心得10参考文献12附录1: 程序清单13附录2: 灭火机器人实物图及灭火场地26第一章 引言1.1课题背景随着社会的进步，机器人技术的不断发展使得机器人的应用领域不断扩展，从以往多应用于工业领域而渐渐融入人们的生活。灭火机器人作为消防部队中的新兴力量，加入了抢险救灾的行列。灭火机器人是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了智能

6、机器人系统的发展方向。1.2 实现功能制造一个自主控制的机器人在一间平面结构房子模型里运动，找到一根蜡烛并尽快将它熄灭，这个工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、齿轮箱与轮子的摩擦、电压变化等多个因素影响，它模拟了现实家庭中机器人处理火警的过程，蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。1.3 模拟房子介绍模拟房子平面图单位：mm图1.1 灭火机器人比赛场地（国际赛制） 比赛场地的墙壁33cm高，由木头做成。墙壁刷成白色。比赛场地的地板将是被漆成黑色的光滑木制表面。在所有的房间和走廊的地板上，可能会铺有小地毯，不会有粗毛地毯。场地中所有的走廊和门口宽都是46cm。门口并没有门，

7、而是一个46cm的开口，将会有一个白色的2.5cm宽的白色带子或白漆印迹表示房间入口。第二章 系统整体方案设计2.1 系统硬件设计本次设计的目的是设计一个在规定区域能自主搜索火源并实施灭火的智能机器人小车，本次设计使用的主控芯片使用了STC89C52单片机，所以设计重点在传感器和电机驱动上。系统总体设计框图如图2.1：MCU小车电机驱动传感器模块传感器模块电源部分风扇电机图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Keil C51编译器的集成编译环境。灭火机器人设计的软件

8、设计结构框图如图2.2所示。灭火机器人系统软件框图电机控制模块传感器模块转弯程序前进程序停止程序ST188程序HS0038程序火焰程序图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稳压芯片LM7805CV、LM7812CVLM7805CV的技术指标如下表：表3-1 稳压芯片7805参数LM7812CV的技术指标如下表：表3-2 稳压芯片7812参数3.1.2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12

9、V，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

10、PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。3.2.1 L298N的逻辑功能：表3-3 SHARP GP2D12实物图3.2.2外形及封装：图3.2 L298N实物图3.2.3 L298N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3.3 L298N电路图 3.3避障检测传感器 HS00383.3.1 HS0038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

11、要传输代码。3.3.2 HS0038特点：1、光检测器和放大器一体封装2、内部可集成PCM频率过滤器3、与TTL和CMOS电平兼容4、改进的屏蔽电场，抗干扰能力强3.3.3 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。3.3.4 HS0038与单片机连接原理图：图3.4 HS0038电路 3.4地面灰度检测传感器 ST1883.4.1 ST188特点：1、采用高发射功率红外二极管和高灵敏度光电晶体管组成。2、检测距离可调整范围大，4-13 mm

12、可用。3、采用非接触方式。3.4.2 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。3.4.3 应用范围：1、IC卡电度表脉冲数据采样。2、集中抄表系统数据采集。3、传真机纸张检测。4、地面灰度检测，正反转速测量、行程测量等。3.4.4 外形尺寸（单位mm）：图3.5 ST188实物图3.4.5 ST188原理图：图3-6 ST188电路图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

13、、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3.7 火焰传感器实物图3.5.1火焰传感器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

14、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 调试记录及实验心得5.1 调试记录n 前方传感器检测最佳距离12cm ，500R的电位器逆时钟旋转可

15、加大发射管的发射功率，检测距离可变远。n 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；n 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。n 转弯：动作延时常数动作延时常数原地右转9060原地左转9060右后转180110左后转180110n 电池电压:5V供电的电压不得低于7.2V，12V供电的电压不得低于14.5V（在15.7V左右电机运行最稳定）。5.2 实验心得王健：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，因为传感器是机器人