家庭灭火机器人设计报告 精品Word文档下载推荐.docx

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系统总体设计框图如图

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KeilC51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。

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，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。

3.2.1L298N的逻辑功能：

表3-3SHARPGP2D12实物图

3.2.2L298N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3.3L298N电路图

3.3避障检测传感器HS0038

3.3.1HS0038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。

3.3.3HS0038与单片机连接原理图：

图3.3H0038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,阻值为2~5欧左右此图没标上.

3.4地面灰度检测传感器ST188

3.4.1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。

3.4.2ST188原理图：

图3-6ST188电路图

图3-7L324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

5.1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。

⏹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

原地右转90

18

原地左转90

19

右后转180

37

左后转180

⏹电池电压:

5V供电的电压不得低于7.2V。

第五章实验总结

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。

参考工具

[1]《国际赛制机器人灭火比赛规则》.PDF

[2]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，2004.1

[3]谭浩强.C程序设计（第二版）.北京：

清华大学出版社，1999.12

[4]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，1900.1

[6]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京：

北京航空航天大学出版社，2006.12

[7]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.Protel99SE电子电路设计.北京：

机械工业出版社，2006.8

XX等等

附录1:

程序清单

#include<

math.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsi

sbitled1=P1^5;

//红外发射管

sbitled2=P1^6;

gnedint//

sbitled3=P3^7;

sbits1=P1^1;

//红外接收管

sbits2=P1^2;

sbits3=P1^4;

//sbits4=P1^3;

//sbits5=P1^4;

sbitstyou=P0^0;

sbitstzu

sbithuo=P2^0;

o=P0^1;

sbitfeng=P0^7;

sbiten1=P2^2;

//电机1/*L298的EnableA*/

sbiten2=P2^5;

//电机2

sbitin1_1=P2^3;

/*L298_1的Input1*左**/

sbitin1_2=P2^4;

/*L298_1的Input2*/

sbitin2_1=P2^6;

/*L298_2的Input1*右**/

sbitin2_2=P2^7;

/*L298_2的Input2*/

uchart=0;

/*pwm调速中断计数器*/

ucharsuozuo=100;

/*电机速度值参数：

0～100*/

ucharsuoyou=54;

uchari=0;

uchark=0;

//房间标志变量

ucharh=0;

ucharm=0;

voidstop（）;

voidtiaoyou（）;

voidtiaozuo（）;

voidqian（）;

voiddelay（uint）;

voidzuo（）;

voidyou（）;

voidsi（）;

voidtiaohuo（）;

voidpao（）;

voidinit（）;

voiddus（uchar）;

voidtiaohui（）;

voidhui1（）;

voidhui2（）;

voidhui3（）;

voidhui4（）;

voidzhao（）;

voidqian（）

{

in1_1=1;

in1_2=0;

in2_1=1;

in2_2=0;

}

voidxun1（）

in1_1=0;

in1_2=1;

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==1）&

&

（s2==1））

}

elseif（（s1==0）&

（s2==1））

tiaozuo（）;

elseif（（s1==1）&

（s2==0））

tiaoyou（）;

else

voidzhao（）

if（（k==2）&

（m==0））

xun1（）;

else

pao（）;

voidsi（）

in1_1=1;

in2_1=0;

in2_2=1;

delay（12）;

voidtiaohuo（）

in1_1=0;

voidzuo（）//90

delay（18）;

//更改参数可调节角度

voidyou（）//90

delay（19）;

附录2:

灭火机器人实物图及灭火场地