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1、 灭灭 火火 机机 器器 人人 设设 计计指导老师指导老师： 设计人员设计人员： 设计时间设计时间： 摘摘 要：要：根据灭火机器人的竞赛规则，给出了灭火机器人的硬件结构设计方案和软件设计流程。所用的机器人处理器为 AVR 单片机，主要利用红外传感器、声音火焰集成传感器、地面灰度传感器对环境进行检测，使机器人在场地中按照预定的方案寻找火源并扑灭。关键词关键词：灭火机器人；传感器；ATmega32Abstract： Based on fire-fighting robot contest rules, given the structure of fire-fighting robot desig
2、n hardware and software design process. Processor of the robot used for AVR microcontroller, the main use of infrared sensors, integrated voice flame sensor, ground-based gray-scale detection sensors on the environment, so that in the space of the robot according to the source program to find and fi
3、ght the fire. Keywords： fire fighting robot; sensor; ATmega32目录目录1 1、引言、引言机器人竞赛是近年来迅速开展起来的一种对抗活动，它涉及人工智能、机械、电子、传感器、精密机械等诸多领域。通过竞赛可以培养学生的创新意识、动手能力、团队写作能力等。其中灭火比赛是开展范围最广、影响最大的机器人竞赛项目之一。比赛规则为模仿生活中消防员灭火，机器人从 H 点出发，在四个房间内寻找任意摆放的蜡烛，并且设法将其灭掉。比赛场地的墙壁高 33cm，材质为木板，颜色为黑色。尺寸如图1 所示。对于比赛，得的分越低成绩越好。另外根据选择的模式不同，计分时
4、要乘上相应的系数。图 1 比赛场地平面结构2 2、系统方案设计、系统方案设计2.12.1 设计思想设计思想根据灭火比赛的规则要求，配以碰撞传感器、灰度传感器、火焰传感器和红外传感器。通过两路 PWM 控制两只电机以驱动灭火机器人，另外一路灭火电机由 I/O 口通过光电耦合器直接驱动。图 2 系统总体框图2.22.2 部分设计方案选择部分设计方案选择2.2.12.2.1 显示模块方案选择显示模块方案选择在小车运行过程中，系统需要对运行的时间和路程做必要的显示。我们考虑有以下两种显示方案。方案一：采用 LED 数码管显示 2 只 LED 数码管进行动态显示即可达到要求。其优点是价格便宜，寿命长；缺
5、点是只能显示 09 的数字和一些简单的字符，电路设计繁锁，且占用空间。方案二：液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。基于上述综合考虑，拟定方案二。2.2.22.2.2 避障方案选择避障方案选择方案一：利用碰撞传感器检测障碍物方位来达到避障目的，但需与障碍物碰撞才能返回值，对机器本身是一种损害。方案二：利用红外传感器检测前方障碍物，当后方有障碍物时则无法检测到。方案三：将碰撞传感器与红外传感器结合起来进行避障，无论哪个方向上的障碍都可以成功的避开。选择方案三。2.2.32.2.3 火焰探测方案选择火焰探测方案选择方案一
6、：利用光敏传感器探测正在发光的蜡烛位置，对光敏感性好，但还是容易出现错误，外界干扰大。方案二：利用火焰传感器探测火焰，火焰传感器利用红外敏感型元件对红外信号强度的检测并将其转换为机器人可以识别的信号，从而来检测火焰信号。准确方便，易于操作。结合以上选择方案二。2.2.42.2.4 启动风扇的方案选择启动风扇的方案选择方案一：利用超声波测距判定开启风扇，利用超声波探测距离火焰的位置，达到一个设定位置后打开风扇，这种方案相对成本高。方案二：利用地面灰度传感器判定是否进入白线区来判定是否开启风扇。灰度传感器是模拟传感器，有一只发光二极管和一只光敏电阻，安装在同一面上。灰度传感器利用不同颜色的检测面对
7、光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不同的原理进行颜色深浅检测。选择方案二。3 3、系统硬件的设计与实现、系统硬件的设计与实现3.13.1 系统硬件的基本组成部分系统硬件的基本组成部分图 3 硬件基本组成部分由于我们所用到的机器人是整装的，所以硬件需要我们设计的部分就是传感器和风扇电机。3.23.2 传感器设计传感器设计灭火比赛需要机器人在尽量不碰撞墙壁的基础上尽可能快地找到蜡烛并将火灭掉。在完成任务的过程中首先需要不碰撞墙壁，然后需要判断前方是否有火焰。在找到火焰后需要判断蜡烛旁边的白线。如果碰撞墙壁的话，需要机器人能检测出来并进行处理，不然就会发生机器人卡死的情况，那就不
8、能完成任何任务。图 4 红外传感器电路图 4 所示为红外传感器的发射和接收电路。红外射管采用脉宽调制(PWM)驱动，工作在 38KHz 的频率下，减少发射电路的功耗。脉冲发生器由 NE555 构成，通过外部的电位器R1 来调节占空比和脉冲频率，由于红外肉眼不可见，所以电路中加入一个 LED 指示灯来指示红外发射管是否在工作。该 LED 和红外发射管串联，当红外发射管正常工作时，该 LED灯会点亮。接收电路采用西门子公司生产的红外专用集成接收芯片 SFH506-38，它只有接收到 38KHZ 的脉冲波时才会作用。它内部集成了选项、滤波、放大电路，对外只有 3 个引脚：脚为信号输出端；脚为接地端；
9、脚为电源端，所以使用起来非常方便，效果比较理想。图 5 灰度传感器和火焰传感器灰度传感器是模拟传感器，有一只发光二极管和一只光敏电阻，安装在同一面上。灰度传感器利用不同颜色的检测面对光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不同的原理进行颜色深浅检测。火焰传感器是模拟传感器。它利用红外敏感型元件对红外信号强度的检测并将其转换为机器人可以识别的信号，从而来检测火焰信号。火焰传感器可以用来探测波长在 700nm 1000nm 范围内的红外线，探测角度为 60同时对 PCL-839 卡的结构特点、功能原理和其高定位功能等给与了分析。硬件是整个控制系统以及极限位置功能赖以存在的物质基础，软
10、件则是计算机控制系统的神经中枢，软件设计的目的是以最优的方式将各部分功能有机的结合起来，使系统具有较高的运行效率和较强的可靠性。在物料抓取机械手软件的设计上，采用的是模块化结构，分为系统初始化模块、数据处理模块和故障状态检测与处理等几部分。主控计算机和各控制单元之间全部由 PCL-839 卡联系，并且由该卡实现抗干扰等问题，减少外部信号对系统的影响。步进电机的启停频率远远小于其最高运行频率，为了提高工作效率，需要步进电机高速运行并快速启停时，必须考虑它的升，降速控制问题。电机的升降速控制可以归结为以某种合理的力一式控制发送到步进电机驱动器的脉冲频率，这可由硬件实现，也可由软件方法来实现。本文提
11、出了一种算法简单、易于实现、理论意义明确的步进电机变速控制策略:定时器常量修改变速控制方案。该方法能使步进电机加速度与其力矩频率曲线较好地拟合，从而提高变速效率。而且它的计算量比线性加速度变速和基于指数规律加速度的变速控制小得多。通过实验证明了该方法的有效性。09/20 11:46 102 机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及 CAD 设计 09/08 20:02 3kN 微型装载机设计 09/20 15:09 45T 旋挖钻机变幅机构液压缸设计 08/30 15:32 5 吨卷扬机设计 10/30 17:12 C620 轴拨杆的工艺规程及钻 2-16 孔的钻床夹具设计 09/21 13:39 CA
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