滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)

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1、 存檔日期： 存檔編號(hào)： 徐 州 師 范 大 學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論 文 題 目： 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì) 姓 名： 院 系： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 指 導(dǎo) 教 師：

2、 徐州師范大學(xué)教務(wù)處印制 摘 要 機(jī)器人（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。 現(xiàn)在，國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說(shuō)來(lái)，人們都可以接受這種說(shuō)法，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)?！? 隨著社會(huì)與國(guó)家的發(fā)展，在經(jīng)

3、濟(jì)迅速增長(zhǎng)的同時(shí)，各種危險(xiǎn)場(chǎng)所不可避免的火災(zāi)頻繁出現(xiàn)，給社會(huì)安全造成了很多隱患，于是現(xiàn)代火災(zāi)及時(shí)補(bǔ)救已成為迫在眉睫需要解決的問(wèn)題，救火早一刻就少一分損失，消防救援人員固然速度已經(jīng)很快，但也需要一段不小的時(shí)間，而且進(jìn)入救火現(xiàn)場(chǎng)還有生命危險(xiǎn)的可能，于是消防機(jī)器人的理念誕生了，笨設(shè)計(jì)主要就是針對(duì)消防機(jī)器人的制作與研究，機(jī)器人以AT89S52單片機(jī)為控制核心，加以電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、光電傳感電路、火焰檢測(cè)電路、滅火風(fēng)扇以及其它電路構(gòu)成。電源電路提供系統(tǒng)所需的工作電源，專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制機(jī)器人的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向，光電對(duì)管完成尋跡和避障，光敏電阻傳感器檢測(cè)火焰，滅火風(fēng)扇進(jìn)行滅火。本設(shè)計(jì)制作的消防

4、機(jī)器人具有簡(jiǎn)易滅火功能，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)滅火的目的，設(shè)計(jì)較好地完成了課題目標(biāo)。 關(guān)鍵詞： 滅火 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 傳感器 Abstract The Robot is automatic Robot (executed) the machine work. It can accept human command, and can run in the program, also can be arranged according to the principle of artificial intelligence technology platf

5、orm for action. Its mission is to assist or replace human work work, such as manufacturing, construction, or dangerous job. Now, on the concept of international robot has gradually reaching agreement. Generally speaking, people can accept this statement, namely the robot is under their own power an

6、d control ability to achieve various functions of a machine. UN standardization organization adopted American association of robot to robot definition: "a programmable and multi-function, material handling, parts and tools for CaoZuoJi; or different tasks and can change and programmable action of sp

7、ecial system." Along with the development of society and the state, in rapid economic growth, at the same time, various dangerous places inevitably occur frequently, and give the fire caused many hidden danger of social security, and has become a modern fire timely remedial urgent needs to solve th

8、e problem of fire, as a moment, fire crews loss rate is fast, but also needs to have a period of time, and enter the fire scene and dangerous life may be, so fire robot concept was born, stupid design is mainly for the production and research fire robot, robot with AT89S52 SCM as control core and po

9、wer circuit, motor drive, photoelectric sensor circuit, flame detection circuit, fan and other circuits. The power circuit provides system work power, special motor drive chip motor control of the robot, forward and backward and turned on the photoelectric complete tracing and obstacle avoidance, ph

10、otoconductive resistance sensor detection flame, fire extinguishing fan. The design of the fire extinguishing function, simple robot to achieve the goal, the design better completed the task goal. Key words： extinguishing motor driver sensor 目

11、錄 摘要.....................................................................................................................Ⅰ Abstract………………………………………………………………………..Ⅱ 1 緒論....................................................... Ⅲ 1.1 機(jī)器人的產(chǎn)生背景 1 1.2機(jī)器人的發(fā)展及現(xiàn)狀…………………………………………………………….1 1.2.1機(jī)器人的發(fā)展………………

12、………………………………………………1 1.2.2滅火機(jī)器人………………………………………………………………………3 1.3本文的主要內(nèi)容…………………………………………………………………3 2 方案的整體設(shè)計(jì)與比較......................................4 2.1整體方案設(shè)計(jì)………………………………………………………….……............4 2.2 硬件實(shí)現(xiàn)方案……………………………………………………………………....4 2.2.1 MCU的選擇…………………………………………………………….…....4 2.2.2 電機(jī)的選

13、擇……………………………………………………………………5 2.3 傳感器的選擇…………………………………………………….6 2.3.1 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇………………………………………………6 2.3.2. 尋跡傳感器的選擇………………………………………………7 2.3.3 避障傳感器的選擇……………………………………………….7 2.3.4 硬件總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………8 2.4 軟件實(shí)現(xiàn)方案……………………………………………………………9 3 硬件電路設(shè)計(jì)…………………………………………9 3.1 電源電路………………………………………………

14、…………………10 3.2 微控制器模塊設(shè)計(jì)………………………………………………………10 3.2.1 ATmega128單片機(jī)介紹…………………………………………10 3.2.2 ATmega128單片機(jī)最小系統(tǒng)電路………………………………12 3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………13 3.3.1 LM298內(nèi)部H橋原理 3.3.2 L298控制直流電機(jī)加減速的89c51單片機(jī)C程序…………15 3.3.3 L298N步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路 3.4 尋線電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………….

15、15 3.5 火焰檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………….17 3.6 聲音警報(bào)與滅火…………………………………………………………20 3.6.1 滅火驅(qū)動(dòng)電路………………………………………………………. 3.6.2 聲音警報(bào)電路……………………………………………………… 3.7 本章小結(jié)……………………………………………………………………. 4 軟件的實(shí)現(xiàn) 4.1 軟件開發(fā)平臺(tái)介紹………………………………………………………24 4.2 主程序流程圖……………………………………………………………24 4.3 尋線

16、程序流程圖………………………………………………………....25 4.4 滅火程序流程圖………………………………………………………....26 4.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………28 5 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………. 1 緒 論 1.1 機(jī)器人產(chǎn)生的背景 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，也同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門

17、科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中，各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 另一方面它也是生產(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(huì)發(fā)展的情況，人們?cè)絹?lái)越不斷探討自然過(guò)程中，在改造自然過(guò)程中，認(rèn)識(shí)自然過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造，這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過(guò)程中的一個(gè)客觀需要。 那么什么是機(jī)器人呢？人們一般的理解來(lái)看，機(jī)器人是具有一些類似人的功能的機(jī)械電子裝置，或者叫自動(dòng)化裝置，它仍然是個(gè)機(jī)器，它有三個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是有類人的功能，比如說(shuō)作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動(dòng)作，它還有一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動(dòng)的工作，

18、這里一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是它可以編程，改變它的工作、動(dòng)作、工作的對(duì)象，和工作的一些要求，它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。但從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來(lái)看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來(lái)機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對(duì)外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器。那么這給機(jī)器人提出來(lái)更高層次的要求，展望21世紀(jì)，機(jī)器人將是一個(gè)與20世紀(jì)計(jì)算機(jī)的普及一樣，會(huì)深入地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在21世紀(jì)的前20年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個(gè)重要時(shí)期，也是智能機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。 1.2 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀 1.2.1 機(jī)器人的發(fā)展 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)

19、科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。比如說(shuō)日本，戰(zhàn)后以后開始進(jìn)行汽車的工業(yè)，那么這時(shí)候由于它人力的缺乏，它迫切需要一種機(jī)器人來(lái)進(jìn)行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這是從社會(huì)發(fā)展需求本身的一個(gè)需求。另一方面它也是生產(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)展隨著人們逐漸的這種社會(huì)發(fā)展的情況，人們?cè)絹?lái)越不斷探討自然過(guò)程中，在改造自然過(guò)程中，認(rèn)識(shí)自然過(guò)程中,來(lái)需求能夠解放人的一種奴隸。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體

20、力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造，這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過(guò)程中的一個(gè)客觀需要。但另一方面，盡管人們有各種各樣的好的想法，但是它也歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。 那么機(jī)器人怎么產(chǎn)生的呢？這是在1920年，有一個(gè)捷克斯洛伐克的一個(gè)作家叫卡佩克，他寫了一本科幻小說(shuō)，叫《羅薩姆的機(jī)器人萬(wàn)能公司》。這本小說(shuō)中他構(gòu)思了一個(gè)和幻想了一個(gè)機(jī)器人，它的名字叫羅伯特，也就是我們英文中的Robot，它可以不吃飯，它能夠不知疲勞的，不知疲倦地進(jìn)行工作。在1920年前后，大家也知道是在第一次世界大戰(zhàn)以后，是各國(guó)工業(yè)發(fā)展比較迅速的時(shí)期，我們看到電影《

21、摩登時(shí)代》，卓別林主演的人變成了機(jī)器人，在生產(chǎn)線中天天的進(jìn)行勞動(dòng)。人們?cè)谶@種煩躁的體力勞動(dòng)中就幻想有一種能代替人完成這樣工作的想像、一種需要，這個(gè)小說(shuō)在1924年和1927年的時(shí)候被紛紛傳到了日本、法國(guó)和歐洲國(guó)家，還變成了一種當(dāng)時(shí)的木偶劇和一些話劇，所以這樣的一個(gè)機(jī)器人的名詞就向全世界鋪展開來(lái)，當(dāng)時(shí)人們還認(rèn)為是一個(gè)科幻小說(shuō)，還沒(méi)有把它跟我們?nèi)粘５膶W(xué)習(xí)工作和生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)。 在20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)80年代初期，工業(yè)機(jī)器人變成產(chǎn)品以后，得到全世界的普遍應(yīng)用以后，那么很多研究機(jī)構(gòu)開始研究第二代具有感知功能的機(jī)器人，出現(xiàn)了瑞典的ABB公司，德國(guó)的KUKA機(jī)器人公司，日本幾家公司和日本的

22、FUNAC公司，都在工業(yè)機(jī)器人方面都有很大的作為，同時(shí)我們也看到機(jī)器人的應(yīng)用在不斷拓寬，它已經(jīng)從工業(yè)上的一些應(yīng)用，擴(kuò)展到了服務(wù)行業(yè)，擴(kuò)展了它的作業(yè)空間，向海洋空間和服務(wù)醫(yī)療等等行業(yè)的使用。所以從這張圖可以看出機(jī)器人發(fā)展的幾個(gè)過(guò)程。 那么總結(jié)一下，我們認(rèn)為，機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段，那么也就是說(shuō)，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)，來(lái)控制一個(gè)多自由度的一個(gè)機(jī)械，通過(guò)示教存儲(chǔ)程序和信息，工作時(shí)把信息讀取出來(lái)，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動(dòng)作，比方說(shuō)汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個(gè)點(diǎn)焊的過(guò)程示教完

23、以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對(duì)于外界的環(huán)境沒(méi)有感知，這個(gè)力操作力的大小，這個(gè)工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺(jué)的機(jī)器人，這種帶感覺(jué)的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺(jué)，比如說(shuō)力覺(jué)、觸覺(jué)、滑覺(jué)、視覺(jué)、聽覺(jué)和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺(jué)，比方說(shuō)在機(jī)器人抓一個(gè)物體的時(shí)候，它實(shí)際上力的大小能感覺(jué)出來(lái)，它能夠通過(guò)視覺(jué)，能夠去感受和識(shí)別它的形狀、大小、顏色。抓一個(gè)雞蛋，它能通過(guò)一個(gè)觸覺(jué)，知道它的力的大小和滑動(dòng)的情況。 那么第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最

24、高級(jí)的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動(dòng)，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒(méi)有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來(lái)越豐富，它內(nèi)涵越來(lái)越寬。 那么從三代機(jī)器人發(fā)展過(guò)程中，從另一個(gè)方面，我們對(duì)機(jī)器人從應(yīng)用的角度進(jìn)行了分類，比如說(shuō)工業(yè)機(jī)器人，它包括點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、搬運(yùn)、碼垛，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中工作的這種機(jī)器人，我們統(tǒng)稱為工業(yè)機(jī)器人，那么從不同的應(yīng)用中，到水下去作業(yè)的叫水下機(jī)器人，到空間作業(yè)的叫空間機(jī)器人，同時(shí)又存在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)，對(duì)

25、醫(yī)療機(jī)器人叫醫(yī)用機(jī)器人，還包括娛樂(lè)機(jī)器人，建筑和居室上用的機(jī)器人，所以從應(yīng)用分類，它包括從行業(yè)、應(yīng)用角度，也可以進(jìn)行這樣簡(jiǎn)單的分類。 1.2.2 滅火機(jī)器人 近幾十年中，大量的高層、地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不能快速高效的滅火。為了解決這一問(wèn)題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機(jī)器人研究被提到了議事日程。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也為這一要求的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證，使得消防機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。 從二十世紀(jì)八十年代開始，世界許多國(guó)家都進(jìn)行了消防機(jī)器人的研究。美國(guó)和蘇聯(lián)最早進(jìn)行消防機(jī)器人的研究，而后日本、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家都紛紛

26、開展了消防機(jī)器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機(jī)器人用于各種火災(zāi)場(chǎng)合。 我國(guó)從八十年代末期開始消防機(jī)器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機(jī)器人的研究中取得了大量的成果，"自行式消防炮"已經(jīng)投入市場(chǎng)，"履帶輪式消防滅火偵察機(jī)器人"也于2000年6月通過(guò)了國(guó)家驗(yàn)收。但是，我國(guó)消防機(jī)器人的研究還處在初級(jí)階段，還有許多有待研究的問(wèn)題。比如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員不可能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)高處的火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時(shí)極易中毒。研制能夠用于這些場(chǎng)合的偵察滅火機(jī)器

27、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(huì)意義。 基于人工智能的不斷發(fā)展，各項(xiàng)高新技術(shù)的不斷成熟，在可預(yù)見的將來(lái)，消防機(jī)器人在功能上會(huì)更具多樣特點(diǎn)，在較多危險(xiǎn)區(qū)域可以完全代替消防員，避免消防員生命傷亡。同時(shí)也應(yīng)該看到，我國(guó)在研究消防機(jī)器人方面較國(guó)外同行已落后太多，存在技術(shù)差異和代溝，消防機(jī)器人的不斷研制、生產(chǎn)和裝備過(guò)程，應(yīng)堅(jiān)持自主研制為主，引進(jìn)為輔，提高我國(guó)消防部隊(duì)消防裝備現(xiàn)代化的水平,并及時(shí)裝備消防部隊(duì)，提高消防部隊(duì)打贏大仗、惡仗、硬仗和特殊戰(zhàn)役的能力，提高消防部隊(duì)在處置大型復(fù)雜火災(zāi)和應(yīng)急救援的作戰(zhàn)效能, 提高消防部隊(duì)的自我防護(hù)能力,減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，更好地保衛(wèi)我國(guó)經(jīng)濟(jì)

28、發(fā)展。 1.3本文的主要內(nèi)容 本論文設(shè)計(jì)了以ATMEGA128單片機(jī)作為主控制器，光敏電阻作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?，用ST178型光電對(duì)管進(jìn)行尋線和避障，L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。所做工作和確定的成果如下： 1、以單片機(jī)ATMEGA128為核心擬定了系統(tǒng)組成方案，完成了系統(tǒng)的電路硬件總體設(shè)計(jì)，包括供電模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、尋線系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、壁障系統(tǒng)、火焰檢測(cè)系統(tǒng)以及滅火系統(tǒng)和各個(gè)模塊間接口。 2、完成主要功能模塊的程序設(shè)計(jì)，分別完成對(duì)各個(gè)功能模塊的程序進(jìn)行調(diào)試工作。 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)及方案比較 根據(jù)課題設(shè)計(jì)的要求和課題目標(biāo)，我制定出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)比較論證，選擇合適的器件。

29、采用ATMEGA128單片機(jī)作為主控制器，用ST178型光電對(duì)管進(jìn)行避障，TTS型熱釋電非接觸式溫度傳感器作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?，L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)方案。 2.1 整體方案設(shè)計(jì) 課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易滅火機(jī)器人模型，能到指定區(qū)域進(jìn)行滅火工作（以蠟燭模擬火源，分布在機(jī)器人行走的場(chǎng)地中）。機(jī)器人必須通過(guò)內(nèi)部設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況進(jìn)行分析并做出相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到機(jī)器人智能滅火的目的。 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、避障傳感器模塊、避障模塊、火焰?zhèn)鞲衅?、滅火系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)模塊等模塊構(gòu)成，本系統(tǒng)的方框圖如圖2-1所示。

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31、

32、

33、 圖2-1系統(tǒng)方框圖 為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 2.2 硬件實(shí)現(xiàn)方案 2.2.1 MCU的選擇 近年來(lái)，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，為智能裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的便利。但在開發(fā)設(shè)計(jì)中選擇合適的

34、MCU帶來(lái)了很大的困難。 方案1：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我放棄了此方案。 方案2：采用凌陽(yáng)公司的16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽(yáng)單片機(jī)應(yīng)用語(yǔ)音處理和辨識(shí)時(shí)，由于

35、其占用的CPU資源較多而使得凌陽(yáng)單片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。 本系統(tǒng)主要是進(jìn)行避障和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)以及電機(jī)的控制，兼有聲音報(bào)警。如果單純的使用凌陽(yáng)單片機(jī)，在語(yǔ)音播報(bào)的同時(shí)機(jī)器人的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和編程的簡(jiǎn)潔性考慮，我放棄了單純使用凌陽(yáng)單片機(jī)而考慮其它的方案。 方案3：采用Atmel公司的AT89S52單片機(jī)作為主控制器。AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能的51內(nèi)核的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k空間的可反復(fù)擦些1000次的Flash只讀存儲(chǔ)器，具有256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)IO口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。且該系列的5

36、1單片機(jī)可以不用燒寫器而直接用串口或并口就可以向單片機(jī)中下載程序。但是考慮到本系統(tǒng)要進(jìn)行避障和火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)以及電機(jī)的控制、聲音報(bào)警，若使用AT89S52可能在數(shù)據(jù)處理方面有一些不足。因此我們不選擇此方案。 方案4：采用Atmel公司的Atmega128高端單片機(jī)作為主控制器。ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu),133 條指令且大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。具有非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，具有獨(dú)立鎖定位、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū)，通過(guò)片內(nèi)的啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。支持JTAG 接口同時(shí)與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容。 兩個(gè)具有獨(dú)

37、立的預(yù)分頻器和比較器功能的8 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器。具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，兩路8 位PWM，6路分辨率可編程（2 到16 位）的PWM， 8路10 位ADC，可以方便的進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 從方便使用和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，我選擇了方案4。 2.2.2 電機(jī)選擇 本系統(tǒng)為智能機(jī)器人，對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。下面我們分析了幾種常見電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)

38、會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于機(jī)器人等有一定速度要求的系統(tǒng)。 直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 舵機(jī)，顧名思義是控制舵面的電動(dòng)機(jī)。舵機(jī)的出現(xiàn)最早是作為遙控模型控制舵面、油門等機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)源，但是由于舵機(jī)具有很多優(yōu)秀的特性，在制作機(jī)器人時(shí)也時(shí)常能看到它的應(yīng)用。舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍一般不能超過(guò)180 度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。比方說(shuō)機(jī)器人的關(guān)節(jié)、飛機(jī)的舵面等。 直流電機(jī)能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，控制方便，因此我選擇以直流電機(jī)做為機(jī)器人行進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

39、，用舵機(jī)來(lái)做機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)。 2.3傳感器的選擇 2.3.1 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇 火焰檢測(cè)有紫外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器以及CCD圖像傳感器。我綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。 方案1：用煙霧傳感器。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用與火警檢測(cè)。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的，沒(méi)有太大的煙霧，因此用煙霧傳感器作為此小型機(jī)器人的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱?，因此我放棄了此方? 方案2：用紫外傳感器檢測(cè)火焰。紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獞?yīng)用于火災(zāi)消防系統(tǒng)，尤其是一些易燃易爆場(chǎng)所，用來(lái)監(jiān)測(cè)火焰的產(chǎn)生。紫外線火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度高，相應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)明火特別敏感，能對(duì)火災(zāi)立即做

40、出反應(yīng)。但是紫外傳感器檢測(cè)的范圍太大，不適用于本系統(tǒng)。 方案3：用光敏電阻作為傳感器。所謂光敏，就是對(duì)光反應(yīng)敏感。光敏電阻在光照條件下電阻值隨外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化的組件，光越強(qiáng)阻值越小，光越弱阻值越大。CDS光敏電阻，靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及γ值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下，仍能保持其高度的穩(wěn)定性和可靠性，廣泛應(yīng)用于光探測(cè)和光自控領(lǐng)域中。但自然光對(duì)光敏電阻影響較大，因此我們不采用此方案。 方案4：用CCD圖像傳感器。用CCD圖像傳感器可以檢測(cè)各種被檢測(cè)量，適用于各種量的檢測(cè)。但是用CCD圖像傳感器需要處理的信號(hào)量太大，且體積較大，不適合用于本系統(tǒng)。 方案5

41、：用熱釋電紅外測(cè)溫傳感器，熱釋電紅外傳感器TTS1000和TTS2000系列是根據(jù)LiTaO3的熱釋電效應(yīng)設(shè)計(jì)的，用作檢測(cè)器的熱釋電材料具有自發(fā)極化，其晶面能俘獲大氣中的自由電荷，從而保持中性，當(dāng)晶面溫度稍有變化即引起自發(fā)極化強(qiáng)度的變化，從而使晶面電荷量發(fā)生相應(yīng)的變化。由于它是非接觸式測(cè)溫，用于測(cè)量火焰溫度非常方便。 從經(jīng)濟(jì)和方便的角度考慮，我選擇了方案5。 2.3.2尋跡傳感器的選擇 方案1：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則

42、檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我放棄了這個(gè)方案。 方案2：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 方案3：用ST178型光電對(duì)管。ST178為反射取樣式紅外線對(duì)管作為核心傳感器件。它采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光

43、電晶體管組成，以非接觸檢測(cè)方式，檢測(cè)距離可調(diào)整范圍大，4-10mm可用。ST178的示意圖和特性曲線如圖所示。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。因此我選擇了方案3。 （a） (b) (a) ST178示意圖 (b) ST178特性表 圖2-3 ST178的示意圖和特性曲線 2.3.3. 避障傳感器的選擇 方案1：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來(lái)

44、，再被超聲波傳感器接收。然后將這信號(hào)放大后送入單片機(jī)。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。但是超聲波傳感器需要40KHz的方波信號(hào)來(lái)工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高，偏差在1％內(nèi)，所以用模擬電路來(lái)做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。而用單片機(jī)作為方波發(fā)生器未免有些浪費(fèi)資源。因此我考慮其他的方案。 方案2：用紅外光電開關(guān)ST178進(jìn)行避障。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此做出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，當(dāng)檢測(cè)到有障礙物的時(shí)候，光電對(duì)管就能夠接收到物體反射的紅外光，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。光電對(duì)管ST1

45、78操作簡(jiǎn)單，使用方便。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒(méi)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出高電平。 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測(cè)簡(jiǎn)單障礙物，沒(méi)有十分復(fù)雜的環(huán)境。為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我最終選擇了方案2。 2.3.4 硬件總體設(shè)計(jì)方案 經(jīng)過(guò)反復(fù)比較論證，我最終確定了如下方案： 1、手工制作模擬機(jī)器人。 2、采用Atmega128單片機(jī)作為主控制器。 3、用ST178型光電對(duì)管進(jìn)行避障。 4、熱釋電紅外測(cè)溫傳感器作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅鳌? 5、L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 6、使用蜂鳴器進(jìn)行滅火報(bào)警。 ST178光電對(duì)管尋跡 滅火風(fēng)扇 火焰?zhèn)鞲衅?

46、 聲音報(bào)警模塊 L298驅(qū)動(dòng)直流電機(jī) Atmega128控制芯片 光電開關(guān)避障模塊 圖2--4為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.4 軟件總體設(shè)計(jì)方案 傳感器組把測(cè)得溫度分別通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)一定的處理，比較得出溫度最高的三個(gè)傳感器，根據(jù)能量在自由空間的衰減規(guī)律可知，火源與傳感器的距離與傳感器測(cè)得溫度的大小呈負(fù)相關(guān)，溫度越高，距離火源越近，所以，火源即在這三個(gè)傳感器所對(duì)的那個(gè)方向上。具體的方位可以通過(guò)相應(yīng)的公式計(jì)算出來(lái)，調(diào)整機(jī)器人方向并通過(guò)避障傳感器避障前進(jìn)到火源位置驅(qū)動(dòng)滅火風(fēng)扇進(jìn)行滅火。 3 硬件單元電路設(shè)計(jì) 本章主要講述了以A

47、T89S52為主控制器，設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件電路。主要硬件電路有：尋線與控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、火焰檢測(cè)電路、滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路以及聲音報(bào)警電路。 3.1 電源電路 ATMEGA128需要4.5 - 5.5V直流電壓、150mA的峰值電流，在考慮到其它外圍芯片的供電電壓和功耗，最終選擇LM2940這種專為大功率供電使用的芯片提供5V供電，電源電路如圖3-1。 （3-1） 圖3-1 3.2微控制器模塊的設(shè)計(jì) 3.2.1 ATmega128單片機(jī)介紹 ATMEL公司的 8位系列單片機(jī)的最高配置的一款單片機(jī)

48、，應(yīng)用極其廣泛 　　ATmega128主要特性如下： 　　· 高性能、低功耗的 AVR 8 位微處理器 　　· 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) 　　– 133 條指令 – 大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成 　　– 32 x 8 通用工作寄存器 + 外設(shè)控制寄存器 　　– 全靜態(tài)工作 　　– 工作于16 MHz 時(shí)性能高達(dá)16 MIPS 　　– 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 　　· 非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 　　– 128K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash 　　壽命: 10,000 次寫/ 擦除周期 　　– 具有獨(dú)立鎖定位、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū) 　　通過(guò)片內(nèi)的

49、啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 　　真正的讀- 修改- 寫操作 　　– 4K字節(jié)的EEPROM 　　壽命: 100,000 次寫/ 擦除周期 　　– 4K 字節(jié)的內(nèi)部SRAM 　　– 多達(dá)64K 字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器空間 　　– 可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)軟件加密 　　– 可以通過(guò)SPI 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 　　· JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容) 　　– 遵循JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 　　– 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試 　　– 通過(guò)JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash, EEPROM, 熔絲位和鎖定位的編程 　　· 外設(shè)特點(diǎn) 　　– 兩個(gè)

50、具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器 　　– 兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器 　　– 具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器 　　– 兩路8 位PWM 　　– 6路分辨率可編程（2 到16 位）的PWM 　　– 輸出比較調(diào)制器 　　– 8路10 位ADC 　　8 個(gè)單端通道 　　7 個(gè)差分通道 　　2 個(gè)具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道 　　– 面向字節(jié)的兩線接口 　　– 兩個(gè)可編程的串行USART 　　– 可工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口 　　– 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩

51、器的可編程看門狗定時(shí)器 　　– 片內(nèi)模擬比較器 　　· 特殊的處理器特點(diǎn) 　　– 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè) 　　– 片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC 振蕩器 　　– 片內(nèi)/ 片外中斷源 　　– 6種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及 　　擴(kuò)展的Standby 模式 　　– 可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率 　　– 通過(guò)熔絲位可以選擇ATmega103 兼容模式 　　– 全局上拉禁止功能 · I/O 和封裝 – 53個(gè)可編程I/O 口線 　　– 64引腳TQFP 與 64 引腳 MLF 封裝 　　·

52、 工作電壓 　　– 2.7 - 5.5V ATmega128L 　　– 4.5 - 5.5V ATmega128 　　· 速度等級(jí) 　　– 0 - 8 MHz ATmega128L 　　– 0 - 16 MHz ATmega128 3.2.2 ATmega128單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 Atmega128單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3-2所示。主要包括復(fù)位電路、晶振電路、低通濾波器電路以及各種濾波電容 3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 用L298芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良，從穩(wěn)定性方面考慮，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 L298是SGS公

53、司的產(chǎn)品，是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部 包含二個(gè)H橋的高電壓大電流橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 圖3-3 LM298內(nèi)部H橋原理圖 46伏、2安培以下的電機(jī)，工作溫度范圍從－25度到130度。它相應(yīng)頻率高，一片L298可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。其內(nèi)部的H橋原理圖如圖3-3所示。EnA是控制使能端，控制OUTl和OUT2之間電機(jī)的停轉(zhuǎn)， IN1、IN2腳接入控制電平，控制OUTl和OUT2之間電機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)使能端EnA有效，IN1為低電平IN2為高電平時(shí)，三極管2，3導(dǎo)通，1，4截止，電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)IN1和IN2電平相同時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

54、 如表3-1是L298使能引腳、輸入引腳和輸出引腳之間的邏輯關(guān)系 表3-1電機(jī)運(yùn)行邏輯關(guān)系 EnA IN1 IN2 電機(jī)轉(zhuǎn)向 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同IN2 同IN1 停止 L X X 停止 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖3-4所示。電池由VIN 接入，通過(guò)LM2940IMP-5.0轉(zhuǎn)化為5v作為信號(hào)電源VCC。 電機(jī)由L298供電，由全橋進(jìn)行瀉流。 對(duì)電機(jī)的控制信號(hào)由Atmega128直接輸入，M1_DIR與M1_PWM為M1電機(jī)的控制信號(hào)， （3-4） M2_DIR與M2_PWM為M2電機(jī)的控制信號(hào),其中INPUT 2與INPUT

55、 4的信號(hào)是由輸入INPUT 1、INPUT 3的信號(hào)反向后輸入。通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 3.3.1 L298控制直流電機(jī)加減速的89c51單片機(jī)C程序： #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit en1=P3^0; /* L298的Enable A */ sbit s1=P3^2; /* L298的Input 1 */ sbit s2=P3^3; /* L298的Input 2 */

56、uchar t=0; /* 中斷計(jì)數(shù)器 */ uchar m1=0; /* 電機(jī)1速度值 */ uchar tmp1; /* 電機(jī)當(dāng)前速度值 */ /* 電機(jī)控制函數(shù) index-電機(jī)號(hào)(1,2); speed-電機(jī)速度(-100—100) */ void motor(uchar index, char speed) { if(speed>=-100 && speed<=100) { if(index==1) /* 電機(jī)1的處理 */ { m1=abs(speed); /* 取速度的絕對(duì)值 */ if(speed<0) /* 速度值為負(fù)則反轉(zhuǎn) *

57、/ { s1=0; s2=1; } else /* 不為負(fù)數(shù)則正轉(zhuǎn) */ { s1=1; s2=0; } } } } void delay(uint j) /* 簡(jiǎn)易延時(shí)函數(shù) */ { for(j;j>0;j--); } void main() { uchar i; TMOD=0x02; /* 設(shè)定T0的工作模式為2 */ TH0=0x9B; /* 裝入定時(shí)器的初值 */ TL0=0x9B; EA=1; /* 開中斷 */ ET0=1; /* 定時(shí)器0允許中斷 */ TR0=1; /

58、* 啟動(dòng)定時(shí)器0 */ while(1) /* 電機(jī)實(shí)際控制演示 */ { for(i=0;i<=100;i++) /* 正轉(zhuǎn)加速 */ { motor(1,i); delay(5000); } for(i=100;i>0;i--) /* 正轉(zhuǎn)減速 */ { motor(1,i); delay(5000); } for(i=0;i<=100;i++) /* 反轉(zhuǎn)加速 */ { motor(1,-i); delay(5000); } for(i=100;i>0;i--) /* 反轉(zhuǎn)減速 */ { motor(1,-i

59、); delay(5000); } } } void timer0() interrupt 1 /* T0中斷服務(wù)程序 */ { if(t==0) /* 1個(gè)PWM周期完成后才會(huì)接受新數(shù)值 */ { tmp1=m1; } if(t=100) t=0; /* 1個(gè)PWM信號(hào)由100次中斷產(chǎn)生 */ } 圖L298N步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路（3-5） 3.3.4 用L298驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流減速電機(jī)的電路。引腳6，9可用于PWM

60、控制。如果機(jī)器人項(xiàng)目只要求直行前進(jìn)，則可將5，10和7，12兩對(duì)引腳分別接高電平和低電平，僅用單片機(jī)的兩個(gè)端口給出PWM信號(hào)控制6，11即可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動(dòng)作。 圖（3-6）L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 3.4 尋線電路的設(shè)計(jì) 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我并沒(méi)有選用ADC而是選用LM339電壓比較器的方案，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路緊湊且穩(wěn)定性好。 LM339作為一款典型的電壓比較器，內(nèi)部有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，其的特點(diǎn)是： 1、失調(diào)電壓小，典型值為2mV； 2、電源電壓范圍寬，單電源為2 - 36V，雙電源為±1V - ±18V； 3、對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻

61、限制較寬； 4、共模范圍很大，為0 -（Vcc - 1.5V）Vo； 5、差動(dòng)輸入電壓范圍較大，最大可以等于電源電壓值； 6、輸出端電平可靈活方便地選用。 LM339 類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。一個(gè)稱為同相輸入端（+），另一個(gè)稱為反相輸入端（-）。用作兩個(gè)電壓的比較時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339 輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別超過(guò)10

62、mV就可確保輸出能夠從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。 LM339引腳圖3-6合適尺寸 實(shí)際尺寸 LM339 的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般需接一只上拉電阻。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。 LM339的單相比較器電路及傳輸特性如圖3-7所示。圖a給出了一個(gè)基本單限比較器。輸入信號(hào)Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個(gè)參考電壓（門限電平）Ur。當(dāng)輸入電壓Uin>Ur時(shí)，輸出為高電平

63、UOH。圖b為其傳輸特性。 圖3-7 LM339的單相比較器電路及傳輸特性 紅外線對(duì)管典型應(yīng)用電路如圖3-8所示。 R1 R2 D VCC Vref Vout Ie 圖3-8紅外線對(duì)管典型應(yīng)用電路 其中，Ie是紅外線接收管的導(dǎo)通后的發(fā)射極電流。輸出電壓為： R1為發(fā)射管的限流電阻，R2是輸出分壓電阻，VCC是發(fā)射管供電電壓，Vref是輸出信號(hào)的參考電壓，Vout是輸出信號(hào)。工作時(shí)，發(fā)射管D發(fā)射出的波長(zhǎng)約為9

64、40nm的紅外線信號(hào)經(jīng)反射面?zhèn)魉偷浇邮展苌?，反射信?hào)的強(qiáng)度隨反射面的材料和顏色的不同而不同，接收管的導(dǎo)通電阻RGB隨接收到的反射信號(hào)強(qiáng)弱而改變，信號(hào)越強(qiáng)電阻越小，信號(hào)越弱電阻越大。導(dǎo)通電阻和下拉電阻對(duì)Vref分壓之后輸出Vout的模擬電壓信號(hào)送至LM339電壓比較器的輸入端實(shí)現(xiàn)模數(shù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 設(shè)計(jì)出的電路原理圖如圖3-9所示。 圖3-9尋線傳感器模塊原理圖 機(jī)器人位置示意圖如圖3-10所示。 尋線的原理：若機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人中軸線位于地面引導(dǎo)線上，位置狀態(tài)=010，使機(jī)器人前進(jìn)；若機(jī)器人中軸線位于地面引導(dǎo)線的左側(cè)，位置狀態(tài)=

65、100，使機(jī)器人右轉(zhuǎn)；若機(jī)器人中軸線位于地面引導(dǎo)線的右側(cè)，位置狀態(tài)=001，使機(jī)器人左轉(zhuǎn)。 位置狀態(tài)=010 位置狀態(tài)=100 位置狀態(tài)=001 圖3-10 從上面的分析可得：在尋線時(shí)，選用3只反射式紅外傳感器就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿曲線行走。當(dāng)機(jī)器人偏離白線時(shí)，根據(jù)在白線上光電管的分布情況來(lái)調(diào)整機(jī)器人的行進(jìn)姿態(tài)。 3.5 火焰檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) TTS1000和TTS2000系列熱釋電體兩面的電極之間連接高阻抗負(fù)荷，為了將溫度變化引起的表面電荷量的變化轉(zhuǎn)換為輸出電壓的變化，內(nèi)部裝場(chǎng)效應(yīng)晶體管，同時(shí)加上阻抗匹配的電路，

66、其結(jié)構(gòu)如圖 ， 圖 3-11 表格 3-2 量程 /°C 工作溫度/°C 負(fù)載阻抗/kΩ 功率 /mW 耐溫性 /（%） 響應(yīng)頻率/Hz 電壓 /VDC 電流 /mA 電壓靈敏度/（V/W） -100~1200 -20~60 10 0．25 5 0．3~100 5 <20 250~400 信號(hào)采集是系統(tǒng)通過(guò)紅外測(cè)溫傳感器來(lái)測(cè)溫度,如圖 4-4所示,左邊為紅外傳感器組,是信號(hào)的原始采集部分，它由八個(gè)紅外測(cè)溫傳感器組成。傳感器測(cè)得的信號(hào)直接輸入到Atmega128單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端口。電路圖如圖3-x所示。 3.6 聲音報(bào)警與滅火 3.6.1 滅火驅(qū)動(dòng)電路 滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電路如圖3-12所示。其中Port1，Port2分別接到單片機(jī)的P0.5、P0.6接口上。單片機(jī)輸出Port1，Port2控制信號(hào)用以驅(qū)動(dòng)滅火電機(jī)動(dòng)作。由于選用的是增強(qiáng)型MOS管，所以，當(dāng)Port信號(hào)為高時(shí)，MOS管在VGS下開始工作，MOS導(dǎo)通，風(fēng)扇開始動(dòng)作，進(jìn)行滅火；當(dāng)Port信號(hào)為低時(shí)，由于增強(qiáng)型MOS管特點(diǎn)，VG