1、江西理工大学软件学院实验报告课程：灭火机器人设计班级：软件嵌入 131 班学号：13221137姓名：李彪第一章 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
2、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。前进子程序转弯子程序灰度子程序停止子程序场地中所有的走廊和门口宽都是 46cm。门口并没有门，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
3、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设计结构框图如图 2.2 所示。灭火机器人系统软件电机控制模块传感器模块壁障子程序火焰子程序图 2.2 系统软件设计框图第三章 硬件设计3.1 电源管理模
4、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 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
5、，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。3.2.1 L298N 的逻辑功能：
6、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，支持所有主要传输代码。3.3.2 HS0038 特点：1、光检测器和放大
7、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 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,
8、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 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 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
9、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：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 18-Oct-2008 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:U1ST188R1120RR210KR5RES2R31KVCC12678U2ALM3241 162R4A10KD1LEDVCCVCCPortVCC图 3-6 ST188 电路图图 3-7
10、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、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 流程设计4
11、.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。1234灭 火 路 线 回 家 路 线图 4.1 灭火机器人行进路线4.2 软件流程图开 始搜 索 3 号 房 间是 否 有 火搜 索 2 号 房 间是 否 有 火搜 索 1 号 房 间是 否 有 火搜 索 4 号 房 间是 否 有 火灭 火火 已 灭3 号 房 间 回 家4 号 房 间 回 家停 止灭 火火 已 灭2 号 房 间 回 家灭 火火 已 灭3 号 房 间 回 家灭 火火 已 灭3 号 房 间 回 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 实验心得好好学习，天天向上
