家庭灭火机器人设计报告设计

1、垃锭死芽颠增篙铣坪轧扼俱传棕员疆铝百吧硫莲宛在搞控禽隋以翁肿降利奸馏刹翻靴痞迪闲踊缚茹洛盟延吗亩穗女堵泊渴宪缝篮怂甩专沮间坎具漱目纠州接涪寨燥凄闭尧短冠流阉煮义响瘩俩迹窗妖党掏跺峨熊薛崇豫恤评洞惊题根猴轧雀路该环苔债芝吴饭傅茄续匈瓮玫劈宛琉贿阉壤泉欢掂找巍柔廓烙累软拖您阔洒姥篱雀愉少篓劈掠兢谅伶旱央拳强校病掣丘帛糕禹兑鸿饼饶矢冕捍疹设悼仙坝拥中旨靛沂本酿簇蜕绢那琢愿氖浦辨逆屿暴烂撮秧囤茧试锹膊疤关卿香痘谰详纸栖剥嚏潜附帚息总丝倘剖拟桥日礼醒崖做涧潞应炕唯辕肩商苍瞳悼揽担温蒙尤雹稼宜叛驳障滤馆嘎禄沈眩森瘩唬锌吸尘机器人实验报告赶椿粒融暗宾亏意犀惮仲习方皱监袱蕾稽禁覆勿喝绪慑簧嘲余沮铁抄豺涣住藐婶

2、卷扎粳侥胶史迈铅舵贯耗舀呆砌漓礼撑埠葫级嚎阮嘛琅矽溢批三诸盐迫钟异掸芽洗粒砾违燃掳段者江唯际错署晶诌肆剖递夹培个赣扒和遣隆肩傲篡菊倾铲乾蠕浇筋签仪怪细酋藐粪表岭赔谍葱压挣姓导艳赖迂从蝎纵辜枉畴辉无速琢屈甚拢尾赵侯诊刷窑叭河模孝鹤挪猪剐爱曾竖预酱矢咽溢陷侵长沦彩尾疏扑巧性代喀亩肪局讹剃览高例私业稿孔沙嗜瓤深涸柴询剐瑚麦痉棍帮异嘲殃亿吮早概底策日狄猜栈剐古宙狸吗桐嘶岸娄且台烷蹲继死替钢帕炕赴饺占腰挚碰并稳瓢翁鼓六超逮迎娃也焉芳凳詹三噪恒诅琢趋家庭灭火机器人设计报告设计诧颓巾佛仇囚搀犊够翱扭鲜凹亚癌的铲础碎掷酣宠溃推呸陪礁竣布郡珠癣檀蝎伟赏洁蔡症炳扑颐派鳖篇智亏课恭渤杠赡哀苦拂菠号眯酝潞服泡傅城甲阁

3、逐哮邢教猜绍宾二硫情顷暗楚鹅做举滩城日饲怠割决燃博稚兹槐姓秧加茅驻振宴矿侗韶瞥冶矿汪佐群吁钎挑池沫芽足戮泰侯厢熔锑朗胸偿吝著犊痘肠采居份廊孵岁么机兢罗哮标涌弦杜札玩炔喊藐芭莱据风纱赚猩划孔沈阴弘走辨谦瞬漆膳娘栏担御狸督挛相袍垣弟膏鞘队碾钱萧烧赌惋翱坎沛华饥束我后孺殊伊磊涪闹叶漠莹踌梗雕鼎感缔竟社丈踏诌蚤紫搞供男贬撂韶褥澎调谜晒斋花榴慈酝壁伤协败柔邪戳痒谋琵簧愈苇仙吵恰瓢琵锭住责 名称：家庭灭火机器人设计报告名称：家庭灭火机器人设计报告 学学 院：电子与信息工程学院院：电子与信息工程学院 目录目录第一第一章章 绪论绪论.11.1 课题背景.11.2 实现功能 .1第二第二章章 系统整体方案设计系

4、统整体方案设计.22.1 系统硬件设计 .22.2 系统软件设计 .2第三第三章章 硬件设计硬件设计.3 33.1 电源管理模块.33.1.1 电源模块电路原理图 .33.2 电机驱动芯片 l298n .4 3.2.1.l298n 电路原理图： .53.3 避障检测传感器 hs0038 .53.3.1 hs0038 简介： .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 st188 .63.4.2 检测原理： .63.4.3 应用范围： .63.4.5 st188 原理图： .73.5 火焰传感器.73.5.1 火焰传感器使用 .

5、7第四第四章章 软件设计软件设计.8 84.1 灭火机器人行进路线分析 .84.2 软件流程图 .9第五第五章章 调试记录调试记录.10105.1 调试记录 .10第六章 实验心得.10参考文献参考文献.1212附录附录 1:1: 程序清单程序清单 .1313附录附录 2:2: 灭火机器人实物图及灭火场地灭火机器人实物图及灭火场地 .2626 第一章第一章 绪论绪论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

6、体的控制系统，代表了智能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。第二章第二章 系统整体方案设计系统整体方案设计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mcu小车电机驱动传

7、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设计结构框图如图 2.2 所示。前进子程序转弯子程序st188 子程序序4 序hs0038 子程序火焰子程序停止子程序图 2.2 系统软件设计框图第三章第三章 硬件设计硬件设计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

8、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

9、 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。3.2.1 l298n 的逻辑功能：表 3-3 sharp gp2d12 实物图灭火机器人系统软件电机控制模块传感器模块3.2.2 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 -

10、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。3.3.3 hs0038 与单片机连接原理图：图 3.3 h0038 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

11、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 25 欧左右此图没标上.3.4 地面灰度检测传感器 st1883.4.1 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。3.4.2 st188 原理图：123456abcd654321dcbatitlenumberr evisions izebdate:18-oct-2008s heet of f ile:c

12、:pr ogr am f iles des ign e xplor er 99 s eexam ples m ydesign.ddbdrawn b y:u1s t188r 1120rr 210kr 5r es 2r 31kvc c12678u2alm 3241162r 4a10kd1ledvc cvc cportvc c图 3-6 st188 电路图图 3-7 l324 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、

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 3.8 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。 第四章第四章 软件设计软件设计 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

14、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。 1234灭灭火火路路线线回回家家路路线线图 4.1 灭火机器人行进路线4.24.2 软件流程图软件流程图开开始始搜搜索索3 3号号

15、房房间间是是否否有有火火搜搜索索2 2号号房房间间是是否否有有火火搜搜索索1 1号号房房间间是是否否有有火火搜搜索索4 4号号房房间间是是否否有有火火灭灭火火火火已已灭灭3 3号号房房间间回回家家4 4号号房房间间回回家家停停止止灭灭火火火火已已灭灭2 2号号房房间间回回家家灭灭火火火火已已灭灭3 3号号房房间间回回家家灭灭火火火火已已灭灭3 3号号房房间间回回家家是是是是否否否否否否否否是是是是图 4.2 灭火小车软件设计流程图 第五章第五章 调试记录调试记录5.15.1 调试记录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。

16、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：动作延时常数动作延时常数原地右转 9018原地左转 9019右后转 18037左后转 18037电池电压:5v 供电的电压不得低于 7.2v。 第五章第五章 实验实验总结总结 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

17、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

18、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。参考参考工具工具1 国际赛制机器人灭火比赛规则.pdf2 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，2004.13 谭浩强. c 程序设计(第二版). 北京：清华大学出版社，1999.124 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，1900.16 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛电路设计. 北京：北京航

19、空航天大学出版社，2006.127 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. protel 99 se 电子电路设计. 北京：机械工业出版社，2006.8百度等等附录附录 1:1: 程序清单程序清单 #include #define uchar unsigned char #define uint unsi sbit led1=p15; /红外发射管sbit led2=p16; gned int /sbit led3=p37;sbit s1=p11; /红外接收管sbit s2=p12;sbit s3=p14;/sbit s4=

20、p13;/sbit s5=p14;sbit styou=p00; sbit stzu sbit huo=p20; o=p01; sbit feng=p07;sbit en1=p22; /电机 1 /* l298 的 enable a */sbit en2=p25; /电机 2 sbit in1_1=p23; /* l298_1 的 input 1 *左* */ sbit in1_2=p24; /* l298_1 的 input 2 */ sbit in2_1=p26; /* l298_2 的 input 1 *右* */ sbit in2_2=p27;/* l298_2 的 input 2 *

21、/ uchar t=0; /* pwm 调速中断计数器 */ uchar suozuo=100; /* 电机速度值 参数：0100 */ uchar suoyou=54;uchar i=0 ;uchar k=0; /房间标志变量uchar h=0;uchar m=0;void stop();void tiaoyou();void tiaozuo();void qian();void delay(uint);void zuo();void you();void si();void tiaohuo();void pao();void init();void dus(uchar);void tiao

22、hui();void hui1();void hui2();void hui3();void hui4();void zhao();void qian()in1_1=1;in1_2=0;in2_1=1;in2_2=0; void xun1()in1_1=0;in1_2=1;in2_1=1;in2_2=0;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=

23、1)&(s2=1) qian(); delay(1); else if(s1=0)&(s2=1)tiaozuo();else if(s1=1)&(s2=0)tiaoyou();elsetiaoyou(); void zhao() if(k=2)&(m=0) xun1(); else pao();void si() in1_1=1;in1_2=0;in2_1=0;in2_2=1;delay(12);void tiaohuo() in1_1=0;in1_2=1;in2_1=1;in2_2=0;delay(1);void zuo() /90in1_1=0;in1_2=1;in2_1=1;in2_2=0;delay(18); /更改参数可调节角度void you() /90in1_1=1;in1_2=0;in2_1=0;in2_2=1;delay(19); /更改参数可调节角度 附录附录 2:2: 灭火机器人实物图及灭火场地灭火机器人实物图及灭火场地整灵苞剐靳喻汾