灭火机器人设计报告

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1、目录1. 概述 12.作品的总体设计 12.1 系统功能及技术指标 12.2 系统的构成 32.3 主要设备及元器件选型 32.4 系统核心处理策略 43.作品的详细设计 53.1 硬件设计 53.1.1 传感器与 A/D 转换 53.1.2 电机驱动 73.1.3 灭火 93.1.4 控制系统 103.1.5 电源113.1.6 系统原理图及元器件清 113.1.7 PCB 设计 123.1.8 系统硬件资源清单 133.2 软件设计 133.2.1 程序流程图 133.2.2传感器及 A/D 转换程序设计 143.2.3 电机驱动程序设计 163.2.4 完整程序代码 173.3 外形设计

2、 214. 调试与测试 235. 结论 246. 感想（小组成员心得体会）247. 参考文献 261. 概述一直以来， 恶劣环境下的工作一直影响着人们的身心健康， 很多人希 望用机器来取代人类在危险环境下作业， 这种迫切的需要促使机器人诞生。由于现代化都市生活火灾隐患处处存在，火灾也频繁发生。在高度危险 的火灾现场，即使是消防队员也无能为力，因此，迫切需要一种智能化灭火 机器人来代替消防员执行高度危险的、高负荷的任务。本作品具有智能化自动巡视寻找火源，智能避障的的特点，当它进入一 个房间后，巡视整个房间以寻找火源，行进的过程中能够精确躲避障碍物。 发现火源后，本作品能自动校准行进方向，判断与火

3、源的距离，进入有效灭 火范围内自动启动灭火装置进行灭火。本作品适用于危险火灾现场的灭火和对火灾现场进行火源排查。2. 作品的总体设计2.1系统功能及技术指标本作品具有以下五个模块组成：控制模块、驱动模块、传感器模块、灭 火模块、电源模块。1 控制模块采用Atmel89S52单片机作为本系统的核心控制芯片。它能接收ADC0804 转换的数字信号，对其进行一系列处理，根据处理结果，驱动电机做相应的 运动，并能控制风扇转动进行灭火操作。2 驱动模块驱动模块采用L298芯片与两个直流电机，该芯片能够接收单片机发出的 控制信号，同时驱动两个直流电机运动。传感器模块 传感器模块采用红外传感器和火焰传感器两

4、种传感器，红外传感器探测 行进路面，火焰传感器探测前方火焰，并将探测到的数据传到ADC0804进行 模数转换。3 灭火模块灭火模块采用12V直流风扇，用5V电磁继电器作为控制开关控制风扇的 停转。4A/D转换模块A/D 转换模块由四个 ADC0804 组成，用来接收传感器传回的模拟信号， 转换成数字信号，然后传给单片机进行后续处理。5 电源模块用一个4节5号电池夹和一个6节5号电池夹，来提供6V和9V电源。 6V提供单片机和L298芯片的工作电源，9V提供电机和风扇的工作电源。2.2 系统的构成图2-1整体结构框架图2.3主要设备及元器件选型1、远红外火焰传感器：灵敏度高、响应速度快、输出信号

5、大、寿命长、 工作稳定可靠。2、红外光电传感器：灵敏度高、响应速度快、检测距离可调、寿命长、 工作稳定可靠。3、Atmel89S52单片机：一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置 8KB 可在线编程闪存。4、ADC0804 模数转换芯片：实现数模转换，功耗低，使用方便，控制简 单。5、L298 电机驱动芯片：可驱动两个直流电机，驱动能力强，电路简单， 使用比较方便。6、电磁继电器：弱电控制强电，隔离控制。7、风扇：12V额定电压，功率小。8、UM2003芯片：是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成，采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器。2.4系统核心处理策略

6、红外传感器检测小车行进的道路是否有障碍物，火焰传感器检测周围环 境是否有火源，单片机以扫描的形式逐一扫描每个传感器，判断是否有信号 传入，并判断是哪个传感器探测到的信号。若是由红外传感器探测到的信号 则单片机根据探测到信号的不同控制电机做相应的运动，以躲避障碍物；若 是由火焰传感器探测到的信号，则单片机根据探测到的信号，判断火焰的方 向及距火源距离，并控制电机向火源方向运动，当到达灭火范围内，单片机 控制风扇灭火，直到火源熄灭。3. 作品的详细设计3.1硬件设计图3-1功能模块划分图3.1.1传感器与A/D转换远红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在760纳米1100 纳米范围内的热源

7、；远红外火焰传感器能够探测到波长在760纳米1100纳 米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在940 纳米附近时，其 灵敏度达到最大；远红外火焰探头的工作温度为-25 摄氏度85 摄氏度；火 焰传感器模组（JNHB2004）是组合好的模组，能将探测到的火焰信号转为0-5V 的电压信号，红色线接DC5V,黑色线接GND绿色线信号输出，可直接输入 IC。红外光电传感器是一种红外光漫反射式光电传感器，它是一种集发射器 和接收器于一体的传感器，当前面有被检测物体时，物体将发射器发出的红 外光线反射回接收器，于是光电传感器就“感知”了物体的存在，产生输出信号。采用正5V电压供电；检测距离为5

8、0cm左右；抗干扰强，不受可见光影响, 可在太阳光底下使用。A/D部分采用ADC0804芯片进行模数转换，将实际的距离转换成电压的 变化（模拟量）转换为数字量，供单片机处理。ADC0804原理如下图所示， 其中1管脚是片选使能端，2、3管脚是AD转换控制，6管脚是信号的输入, 1118管脚是转换完输出的数字量，通过P1 口返回的数字量来判断距离和火 焰的位置；下图为ADC0804和单片机间的连接原理图ANY PROCESSORC5V*RDCLK RWRCLKINTRDBTdb6db5db4Vl僧de3筍db2AGNDDB1VREF2DGNDI DIFF 丁* phlPUTS20l5&pFA B

9、IT RESOLUTION 1 GW ER ANY IOESIRED 卜IANALOG INPUT Ivoltag 电险凿思ccrn .cri/jiEirjfupS图3-2 ADC0804原理图BIST1：KIT17TTISTT陌TTTTneITI和卜皆1制W)Wl+1M甌A-GHD厳啾OK-ITC519T77FWITiYITkO期 期 msWB?lK-h j?ia西IT2ITcsRDNR图3-3 ADC0804和单片机间的连接原理图312电机驱动电机驱动采用恒压恒流桥式2A驱动芯片L298,内部包含4通道逻辑驱 动电路。可以方便的驱动两个直流电机，输出电压最高可达50V,可以直接 通过电源来

10、调节输出电压；可以直接用单片机的IO 口提供信号，而且电路简 单，使用比较方便。L298可接受标准TTL逻辑电平信号VSS, VSS可接4. 57 V电压。4 脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为+2. 546 V。输出电流可达2. 5 A, 可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采 样电阻，形成电流传感信号丄298可驱动2个电动机，OUT1, OUT2和OUT3, OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。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。CURiHN 1 SENDIN

11、G OUTFU1 -1f 3IWZLA.BLL6lPUT3LOGICl?L rAGE V.；GNDipursLBLLA lPUT *SUPPLWCLTAfiL V3OUVUl 2OUTPUT 1CURilN 1 SENDING H图3-4 L298封装图IOOiiF；Port? 74 fO.luFWCjxFMu LarMigr1N1VSS1N2vs3N31N40I3T0UT2EN A0UT3EN BOt3T415 EH AGNPKEN BL29BHF面是L298与直流电机的电路连接图：图3-5驱动电路图其中D1D2为ln4007二极管。通过单片机发出电平信号，可以很容易控制电机正转、反转。31

12、3灭火灭火部分风扇驱动主要采用5V电磁继电器作为电源控制开关，当单片机 接收到火焰传感器检测到有火焰信号时，发出指令给电磁继电器来控制电磁 继电器闭合，接通风扇驱动部分电路，使风扇转动来实现灭火功能。电磁继电器主要一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成，控制 线圈和接点组之间是相互绝缘的，因此，能够为控制电路起到良好的电气隔 离作用。当我们在继电器的线圈两头加上其线圈的额定的电压时，线圈中就 会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克 服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点） 吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用

13、力 返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、 释放，从而达到了在电路中的接通、切断的开关目的F面是电磁继电器控制风扇驱动部分电路连接图:图 3-6 继电器电路图其中 UM2003 是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅 NPN 达林顿管 组成。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器。当单片机 发送0/1指令给P10的8端口时经过ini输入UM2003,再经过UM2003处理, 从 out1 输出信号控制继电器的闭合与断开。3.1.4 控制系统AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统 可编程 Flash 存储器。使用 A

14、tmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与 工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可 编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可 编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效 的解决方案。F面为AT89S52所组成的一个最小系统电路图:IDkR 1 -占II 930 pF.xrSS| : XI-CRYSTAL-C230 pF. .DfIOuFU1KTAL1PD.O/ADDPD.I/AD1PD.2/AD2XTAL2PD/3/AD3PD.4/AD4PQ.5/AD5PQ.6/AD6RSTPQ.7/AD7P2.1/A3F2.2/A1DPSENF2.3/A11ALEF2.4/A12EAR2.5/A13P2.R/A14P27/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1HXDP1.2P3.2/INTOP1.3P3.3/INT1P1.2IP3.4/10P1.5P3.6/T1