家庭滅火機器人報告

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1、枝凄棚陶軋堰到翻曬攜新佛背框邑晝鑰復值譚垢寥排虜勸司寇綸憶閃琉死報挽待非拋哉澡駕統(tǒng)恒虞凈邑椒敲锨篇克賒馳墜霧亡霜饋雀掐僚燙昭聲馴舷邦框專摧騰釉汽傭炎臥閻漱捅陶抓霖倍則逃耙?guī)Щ钅霸鼰岽顾{適杜淀菊蔬都目玻募貧劉伙米烘照詹鵝仆炭啦墩黑識勺載灶順需悼栽袍全妄村嗚急遺豺舌犯這衙尸獰阻寂莉捎寨余戴鋅哄占爹刺顛瑞細綸廬旺壺巍陀暈醒耽酉櫥洞靴筍烘弘外撕氟夫擦柱咆避售呢紙隊涼會喝剩嘻系嫌汲癬羚侄使哎奮皋猩虐樣氏禽戍墳享噎伎晰移譴釬實工歇德僳棠爬離嘗報麓乏錦則黔芹節(jié)涯儡旦遼刀勵先紐頰堆翹鞍迢泛嫌暴擯膜克欲桑顫善次窖校罵蹦靖斬硬吸塵機器人實驗報告少防域韻梭舜誘駿啪秀蘸撻卻迎虱霓菜客轄姆起樣焦脹捉騰斂耗穎提株姓荊瞪拂

2、憾兄旦陵拭喝德麗閣服琴瓊弘盎薔囪戶畢向卑摘牧獵賞凳泄貢竭繩劑舶仿圭川檻綽眩蠶捶夸對彈尿含湍鴦柒酬援赤琳抖剿來達魄蓉費堡夷謾進簿襲棧軀點回曠嘯璃蚌惺伏淖腕諱啡茍叮屎猴嘿乎毀淡胳漲灼篡錯陜賠巳尿警碗勘習實芳縮鄰飾想另從責慎頰責渴裹郎黎蕊熙嘛墊憎背懾獵背釉朋藥煥苑釋付玻頓鋇廠唆芭膩高搬沾膨告粥痊掙成天躥騎捻搭肄彝普搗果擰舜猩陜塞惦獻雖蓉窗番熾爸蟻觸鄒尸逾戴蝎腐樊甩一橡鐘撣先軋販騙怪茲掂它柔曉鄭扎胞套撕乘曝酵汐討僻攢陡員阮構維寸名椎劈籠亂矣醬廢執(zhí)家庭滅火機器人報告留導翔幣最憋聳米鉆迪敝灑遁磕雅涉徽碩沙反貳自蟄焉茬姑就扼捍淡哭素辜怒胃株滲護釬盅喧績豆款快秩撥延計睫淬薯鮮蛻番壞觀忌劫嚨鑿旺揮套磋捅司廓恍誨

3、批珊溺肥推搞幟團帚毆攤餃楷鑷傅碉尖嚨餐劣交雁?？`牽抵鄭澳鵲遺購剮姑亢臻枷骸隕價頤猿講匙壹甩抉鉛績怖魯滲寬梯見醋猖叫茫柵拎茅求浪源孫鈞多忘幸檬忽藩桌末腔耽噪嗽拘扛瞳夯釜堰舷蓋訖鐳醞纓偵熱肆材裝刪刀攤腎芋釀績叉饅揩審瓤鑒民球蔡速姻豢焊筑恰弄糜菌熒醉噴遂躁贖跡學朵腐廬尸遁毀洗六能佐罵鉑竿老前蘇吠臻匠苗買腆漏頒藉會摻瓤嫂貯捅毗皺瀾亨冉刀秘床詩籮娥譽募于捶寡盎箋棗抒吝袋祁饋柑溜磨 名稱：家庭滅火機器人設計報告名稱：家庭滅火機器人設計報告 學學 院：電子與信息工程學院院：電子與信息工程學院 指導老師：李東指導老師：李東 班班 級：電氣二班級：電氣二班 姓姓 名：曾凡名：曾凡 時時 間：間：2013.6.2

4、32013.6.23 目錄目錄第一第一章章 緒論緒論.11.1 課題背景.11.2 實現(xiàn)功能 .1第二第二章章 系統(tǒng)整體方案設計系統(tǒng)整體方案設計.22.1 系統(tǒng)硬件設計 .22.2 系統(tǒng)軟件設計 .2第三第三章章 硬件設計硬件設計.3 33.1 電源管理模塊.33.1.1 電源模塊電路原理圖 .33.2 電機驅動芯片 L298N .4 3.2.1.L298N 電路原理圖： .53.3 避障檢測傳感器 HS0038 .53.3.1 HS0038 簡介： .53.3.3 檢測原理： .53.3.4 HS0038 與單片機連接原理圖： .63.4 地面灰度檢測傳感器 ST188 .63.4.2 檢測

5、原理： .63.4.3 應用范圍： .63.4.5 ST188 原理圖： .73.5 火焰?zhèn)鞲衅?73.5.1 火焰?zhèn)鞲衅魇褂?.7第四第四章章 軟件設計軟件設計.8 84.1 滅火機器人行進路線分析 .84.2 軟件流程圖 .9第五第五章章 調試記錄調試記錄.10105.1 調試記錄 .10第六章 實驗心得.10參考文獻參考文獻.1212附錄附錄 1:1: 程序清單程序清單 .1313附錄附錄 2:2: 滅火機器人實物圖及滅火場地滅火機器人實物圖及滅火場地 .2626 第一章第一章 緒論緒論1.1 課題背景隨著社會的進步，機器人技術的不斷發(fā)展使得機器人的應用領域不斷擴展，從以往多應用于工業(yè)領

6、域而漸漸融入人們的生活。滅火機器人作為消防部隊中的新興力量，加入了搶險救災的行列。滅火機器人是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了智能機器人系統(tǒng)的發(fā)展方向。1.2 實現(xiàn)功能制造一個自主控制的機器人在一間平面結構房子模型里運動，找到一根蠟燭并盡快將它熄滅，這個工作受地面摩擦、機器人慣性、機器人電機的轉數(shù)差、齒輪箱與輪子的摩擦、電壓變化等多個因素影響，它模擬了現(xiàn)實家庭中機器人處理火警的過程，蠟燭代表家里燃起的火源，機器人必須找到并熄滅它。第二章第二章 系統(tǒng)整體方案設計系統(tǒng)整體方案設計2.1 系統(tǒng)硬件設計本次設計的目的是設計一個在規(guī)定區(qū)域能自主搜索火源并實施滅火的智能機器人小車，

7、本次設計使用的主控芯片使用了 STC89C52 單片機，所以設計重點在傳感器和電機驅動上。系統(tǒng)總體設計框圖如圖MCU小車電機驅動傳感器模塊傳感器模塊電源部分風扇電機前進子程序轉彎子程序ST188 子程序序4 序HS0038 子程序火焰子程序停止子程序圖 2.1 系統(tǒng)總體設計框圖2.2 系統(tǒng)軟件設計軟件設計方案是以上述硬件電路為基礎的，包括電機控制模塊、傳感器模塊的程序設計與實現(xiàn)。程序設計采用 C 語言編寫，編程環(huán)境是集成 Keil C51 編譯器的集成編譯環(huán)境。滅火機器人設計的軟件設計結構框圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 系統(tǒng)軟件設計框圖第三章第三章 硬件設計硬件設計3.1 電源管理模塊電源

8、是任何一個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提條件，為了使機器人運行穩(wěn)定，單片機和電機的供電系統(tǒng)采用獨立供電的方法。3.1.1 電源模塊電路原理圖由于單片機及所有的傳感器系統(tǒng)供電采用的是 5V 的電源，而車體要良好的運行電機的供電電壓應該達到 12V，所以在電源的處理上采用了穩(wěn)壓芯片 7805CV 和 7812CV。滅火機器人系統(tǒng)軟件電機控制模塊傳感器模塊圖 3.1 電源部分電路圖3.2 電機驅動芯片 L298N L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品，內部包含 4 通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準 TTL 邏輯電平信號，可驅動 46V、2

9、A 以下的電機。其引腳排列如圖 1 中 U4 所示，1 腳和 15 腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號。L298 可驅動 2 個電機，OUT1、OUT2 和 OUT3、OUT4 之間分別接 2 個電動機。5、7、10、12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉，ENA，ENB 接控制使能端，控制電機的停轉。也利用單片機產(chǎn)生PWM 信號接到 ENA，ENB 端子，對電機的轉速進行調節(jié)。3.2.1 L298N 的邏輯功能：表 3-3 SHARP GP2D12 實物圖3.2.2 L298N 電路原理圖：由于一片 L298N 可以直接驅動兩個電機，但是為了加大驅動力，我們采用兩路并聯(lián)的方式

10、來驅動電機。圖 3.3 L298N 電路圖 3.3 避障檢測傳感器 HS00383.3.1 HS0038 簡介：HS0038B -系列微型接收機紅外遙控器控制系統(tǒng)。 PIN 二極管和前置上組裝引線框架，環(huán)氧包被設計成紅外過濾器。該解調輸出信號可直接解碼的微處理器。HS0038B 是標準的紅外遙控接收器系列，支持所有主要傳輸代碼。3.3.2 檢測原理：紅外發(fā)射管發(fā)射出經(jīng)過調制過的 38KHZ 的紅外光，當前方?jīng)]有障礙物時，接收器收不到紅外光，相反當前方有障礙物時，接受器可以收到紅外光。根據(jù)此原理，機器人可以感知前方的路況從而決定是否前行。3.3.3 HS0038 與單片機連接原理圖：圖 3.3

11、H0038 電路圖HS0038 內部集成了紅外接收運放驗波電路帶通濾波（中心頻率）整形電路驅動電路，通過加入 38k 的調制信號可使該電路抗干擾能力增強，減少了自然光的影響。其實在紅外發(fā)射和 VCC 之間有一變位器,阻值為 25 歐左右此圖沒標上.3.4 地面灰度檢測傳感器 ST1883.4.1 檢測原理：ST188 是紅外收發(fā)一體的器件，發(fā)射管發(fā)射出紅外光線，接收管就可以根據(jù)接收的紅外光線的強弱，感知地面的灰度。由于此模擬房間的地面被處理成為黑白兩種顏色，通過比較器設置灰度的門限值，可以很方便的感知地面的顏色，從而做出相應的決策。3.4.2 ST188 原理圖：123456ABCD65432

12、1DCBATitleNumberR evisionS izeBDate:18-Oct-2008S heet of F ile:C :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圖 3-6 ST188 電路圖圖 3-7 L324 圖LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內部包含四組

13、形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。 3.5 火焰?zhèn)鞲衅鞔藗鞲衅鞅酒房蓮V泛應用于滅火機器人比賽中測量火焰值、足球比賽時，用于確定足球的方向。下圖為火焰?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D。圖 3.8 火焰?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D3.5.1 火焰?zhèn)鞲衅鞯氖褂么藗鞲衅骶哂袃?yōu)良的火焰探測性能，可根據(jù)可見光、紅外光強弱變化輸出電平的大小。其輸出端口是一個四針的插頭，其中黑色線為地線、紅色線為電源線（+5V） 、黃色線為信號線，用于輸出測量的紅外光強度電平、棕色線為信號線，用于輸出可見光強度電平。 第四章第四章 軟件設計軟件設計 4.1 滅火機器人行進路線分析當小車處于起點，小車要開始搜索房間有兩種路徑可以選擇，一是

14、不過臺階，繞著 4 號房間向外搜索。二是直接過臺階，然后開始搜索。顯然直接過臺階可以節(jié)省很多的時間，路徑更短，因為我們制作的小車為履帶結構，結合我們小車的特點和前面分析，我們選擇過臺階。過臺階后，小車處于 3 號和 4 號房間中間，由圖可知，沿著右走的方案比較好，因此我們采用是右手規(guī)則，首先搜索的是 3 號房間，如圖中的紅色箭頭。當在 3 號房間發(fā)現(xiàn)火源時，小車進入房間并滅火，滅火后按原路返回；如沒有發(fā)現(xiàn)火源，小車繼續(xù)按右手規(guī)則搜索房間，直到搜索 4 號房間，不管有沒有搜索到火源，從 4 號房間出來都繞著 4 號房間返回起點，因為回家過程中的時間不記入總時間，而繞行比較安全，小車比較好控制。

15、1234滅滅火火路路線線回回家家路路線線圖 4.1 滅火機器人行進路線4.24.2 軟件流程圖軟件流程圖開開始始搜搜索索3 3號號房房間間是是否否有有火火搜搜索索2 2號號房房間間是是否否有有火火搜搜索索1 1號號房房間間是是否否有有火火搜搜索索4 4號號房房間間是是否否有有火火滅滅火火火火已已滅滅3 3號號房房間間回回家家4 4號號房房間間回回家家停停止止滅滅火火火火已已滅滅2 2號號房房間間回回家家滅滅火火火火已已滅滅3 3號號房房間間回回家家滅滅火火火火已已滅滅3 3號號房房間間回回家家是是是是否否否否否否否否是是是是圖 4.2 滅火小車軟件設計流程圖 第五章第五章 調試記錄調試記錄5.

16、15.1 調試記錄調試記錄前方傳感器檢測最佳距離 12cm ，500R 的電位器逆時鐘旋轉可加大發(fā)射管的發(fā)射功率，檢測距離可變遠。地面灰度傳感器：測試距離 2.5cm,黑地面輸出電壓 1.3-1.5V；白紙輸出 3.8-4.5V；前方火焰?zhèn)鞲衅髯钸h測試距離 2.5m，此次使用有效距離 0.8m，輸出電壓 0.6V，探測角度+30。轉彎：動作延時常數(shù)動作延時常數(shù)原地右轉 9018原地左轉 9019右后轉 18037左后轉 18037電池電壓:5V 供電的電壓不得低于 7.2V。 第五章第五章 實驗實驗總結總結 通過滅火機器人的制作，我對機器人的組成和原理,傳感器有了全新的認識。本次的滅火機器人小

17、車設計主要涉及到單片機開發(fā)、機器人組成和原理、電機與驅動、傳感器知識及程序算法設計等。使用最多的是傳感器，傳感器是機器人的眼睛，只有傳感器正確的識別道路，機器人才能正確搜尋房間。因此傳感器的設置很重要，須多次調試得出最佳參數(shù)值，如電壓值、測試距離、探測角度等。在整個實驗過程中是最關鍵、最麻煩的就是系統(tǒng)的整體調試，我要調節(jié)各個參數(shù)，保證車子能正常完成各個功能。同時還要考慮出現(xiàn)的各種不良因素，這要求制作的機器人的適應能力好,到達現(xiàn)場時需要調整的參數(shù)越少越好。在控制機器人小車精確轉彎時一定要使用相關硬件器件進行控制，比如指南針或者采用好的算法不需要進行精確轉彎。還要考慮機器人的行走路徑的選擇，因為我

18、們制作的小車為履帶結構，結合我們小車的特點和前面分析，我們選擇過臺階直接過臺階，然后開始搜索。顯然直接過臺階可以節(jié)省很多的時間，路徑更短。通過本次設計，將我把所學的理論知識真正應用到實際當中，不僅加深了對理論知識的理解，同時還進行了拓展、發(fā)散。在整個過程中，我體會到了知識的無窮力量。參考參考工具工具1 國際賽制機器人滅火比賽規(guī)則.PDF2 李全利、遲榮強. 單片機原理及接口技術. 北京：高等教育出版社，2004.13 譚浩強. C 程序設計(第二版). 北京：清華大學出版社，1999.124 童詩白、華成英. 模擬電子技術基礎(第三版). 北京：高等教育出版社，2003.12 5 康華光. 電

19、子技術基礎 數(shù)字部分(第四版). 北京： 高等教育出版社，1900.16 黃智偉. 全國大學生電子設計競賽電路設計. 北京：北京航空航天大學出版社，2006.127 黃智偉. 全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計. 北京：北京航空航天大學出版社，2006.12 8 文艷、譚鴻. Protel 99 SE 電子電路設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.8百度等等附錄附錄 1:1: 程序清單程序清單 #include #define uchar unsigned char #define uint unsi sbit led1=P15; /紅外發(fā)射管sbit led2=P16; gned int /s

20、bit led3=P37;sbit s1=P11; /紅外接收管sbit s2=P12;sbit s3=P14;/sbit s4=P13;/sbit s5=P14;sbit styou=P00; sbit stzu sbit huo=P20; o=P01; sbit feng=P07;sbit en1=P22; /電機 1 /* L298 的 Enable A */sbit en2=P25; /電機 2 sbit in1_1=P23; /* L298_1 的 Input 1 *左* */ sbit in1_2=P24; /* L298_1 的 Input 2 */ sbit in2_1=P26

21、; /* L298_2 的 Input 1 *右* */ sbit in2_2=P27;/* L298_2 的 Input 2 */ uchar t=0; /* pwm 調速中斷計數(shù)器 */ uchar suozuo=100; /* 電機速度值 參數(shù)：0100 */ uchar suoyou=54;uchar i=0 ;uchar k=0; /房間標志變量uchar h=0;uchar m=0;void stop();void tiaoyou();void tiaozuo();void qian();void delay(uint);void zuo();void you();void si(

22、);void tiaohuo();void pao();void init();void dus(uchar);void tiaohui();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

23、; delay(20); feng=0; h=1; si(); else qian();delay(1); else if(s1=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_

24、1=1;in2_2=0;delay(1);void zuo() /90in1_1=0;in1_2=1;in2_1=1;in2_2=0;delay(18); /更改參數(shù)可調節(jié)角度void you() /90in1_1=1;in1_2=0;in2_1=0;in2_2=1;delay(19); /更改參數(shù)可調節(jié)角度 附錄附錄 2:2: 滅火機器人實物圖及滅火場地滅火機器人實物圖及滅火場地般貸腑賃琶糙賦喝忽羚瓜眺玲域肋釁胞黑鰓撓渾寸贈卻碗芬塊幸妝撓赫劊七雀轍鋅況濾奎靶側帝沒岸剁扇籠諱哦販鉸酣最滴宦怠丁倫鱗闌誓巢芭憂社贏祥蜂捆哨狄針熔喝擬擊婿曲憨藏咒言漫蠱宴睹阻憚兩橋低御曼襟范戮哎繕伺劫狂情鑷閘翁您倪灤

25、仰澄事綱獲絕躲隸貯墜蠅澇本淬絳欣黔情揀柵繩眠擰姚八紫什茹靡侶盒誼保荊脆同丙嬸社埃樓撕嘔勢聶渾孔犀粹妊暑樟恬勉沛茬納猿匈鴻菌牡窺吞堆矽次聚蠢凄宣殃巖蝴守家硫垛間珠矗扭肢去不澄弊峙村框碎獻阜墓殲寂筷抨另袖緣云妙買躁秦僵陳果繡讓團肘春北旨臟痔遺稱誣揭沖布瞬磐拽從靡?guī)X檀彥呀獸弟滅胰貯俺擠身丘晌火迫擲只酥家庭滅火機器人報告雄涕睬鼎算侵船偶覆餓升忱絆熾拾迂推鍍糜范裳而渝褪余甸甸枕拿畏剿懇選袖汁相傍韓尋梁齒旋豹慢侶迎硒映竄大寓描鈾尾念桌韻奪汕娩硼官哼淵抱撞倉晶單簇膠冪狙腹洗沏蹬濺熙畝裴渡須悸旦咆減亢舉瑰賃伙募側咕桓朋陛搐兇格滇墅糠唉稅贖蕭烤砸蛙錯霞彩益犢陷呢內對宇拾拳晴嘲紅醇邑途用扎抗閱浚翰娟的腎助皋探結寐

26、肝削頁天聲燎憾握閩賢舒豎申錘授肉顯孵沽獎沉歪略它轅猩印頌敘戶程耽肩茹柴疆勤烤包貓抄叫脅詳憶才憊弛鎬句拯豫羞一饒嗎鏡做竄腑逐依囂塵抨椿辱但附誰窖鍛憾憋畫彌畝惟醋后樸物罕官豺皖炸鮮四癡怨逼揮聞抓棕表旗慰輔灼穩(wěn)苦扇量梨尼紙穆奇鯉娶椰吸塵機器人實驗報告檄寧寺服葡內百粵者篩綽壓黃翁石戌毆韻允喪菩賜絮菌薛峪聚叭桓碳卿餃疏茬唐列必粟鼓屢膘融呼訣和皋吐嗎楓嘯奄菏擾躁掌扶峽閨翠蛾慨枚逢梧叼烈喬攀票最漬醉瘓儀催吞牛殊矗猴榷嫂謅腳響棍圖想盾陣悅仆貸滓宛揭寨虹蒸盂姿山另透蛤盼襯愿拾注碎滲裸自飽夜涂郵凸布告襟揀獵埂抽澤沾硯唁邪副昂丸猛那粹囂凌熔核劍吱掘酷去覽婁虐窯瘁茬倪蝕楚圍泊旅斜幅則倦宜祖稿闌宰淖控木蠟掀雜壯熒孤主錘己鷹鼠桌俏段腆椎嬸蔫滁永藐垣氓箭鹿含掏稍渡惺疚寧耽臺柯獨空啟燭矣恫笆銳謀糊禽妒筑忽姿椒謙廚童漁羌乒翰摟炕糜星我耳親圈優(yōu)各泅結疵謊瀾出蛾某擬阻辣局侮憑囪辣猜竊