灭火机器人课程设计报告

处京理工丸学

智能机器人课程设计

设计题目：灭火智能机器人的设计和实现

目录

第1章机器人系统总体方案设计 (3)

1.1设计目标........................................................ 3.

1.2机器人功能设计及指标要求 (3)

1.3机器人系统总体结构设计.......................................... 4.第2章机器人系统硬件详细方案设计 (5)

2.1传感器选型...................................................... 5.

2.1.1超声波测距传感器......................................... 5.

2.1.2红外避障传感器........................................... 5.

2.1.3火焰传感器................................................ 5.

2.2机器人系统硬件连接图 (6)

2.2.1 STM32单片机最小系统.................................... 6.

2.2.2电源模块................................................. 7.

2.2.3红外避障传感器............................................ 7.

2.2.4超声波测距传感器.......................................... 8.

2.2.5火焰传感器................................................ 8.

2.2.6电机驱动模块.............................................. 8.第3章机器人系统软件详细方案设计 (9)

3.1主函数......................................................... .9..

3.2超声波测距程序 (10)

3.3红外避障引脚设置程序 (12)

3.4电机驱动程序................................................... 1.2

3.5火焰检测程序................................................... 1.2第4章机器人系统开发调试步骤........................................... 1.3

4.1传感器选型和引脚分配.......................................... 1.3

4.2传感器独立测试 (13)

4.2.1超声波测距传感器测试..................................... 1.3

4.2.2红外避障传感器测试...................................... 1.3

4.2.3火焰传感器测试 (13)

4.3电机独立测试................................................... 1.4

4.4综合测试....................................................... 1.4第5章实验中遇到的故障及解决方法...................................... 1.5第6章收获与体会....................................................... 1.6

第1章机器人系统总体方案设计

1.1设计目标

本次课程设计的目标是：在一辆两驱智能小车的基础上，搭载各种传感器，

设计出一款具有自动避障和搜寻火点功能的智能机器人，可以完成简易的灭火功

能。设定的实验环境为带有隔板障碍的4*4方格迷宫，如图1-1所示。起火点随机放置在其中一个方格中。机器人需要从起点开始搜寻火点，躲避障碍，最终靠

图1-1机器人灭火场地布局图

本课设旨在通过一类典型智能机器人的设计、调试，掌握各环节和整个智能机器人系统的调试步骤与方法，加强基本技能训练，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。

1.2机器人功能设计及指标要求

该智能机器人系统的主要功能包括：可以检测周围环境并发现障碍；可以灵活前后行进、停止和转向；可以根据障碍位置做出避障决策；可以准确搜寻到火焰位置并在火焰面前停止并进行灭火等。由于实验环境设定为方格迷宫，所以机器人的路径规划可以转化为迷宫的遍历问题，而且转向角度简化为90°和180° 的组合问题。

整个搜寻过程中，小车尽量不碰撞到障碍物和墙壁，且从出发到找到火点的时间应在3分钟内。在成功灭火后可以继续进行其他火源的搜寻，即可以连续完成多点灭火。

1.3机器人系统总体结构设计

本智能机器人系统的结构分为控制器（STM32单片机）、超声波测距传感器、红外避障传感器、火焰传感器、电源模块、电机驱动模块及直流电机等模块，总体结构框图见图1-2。

图1-2总体系统框图

控制器采用STM32单片机，负责传感器数据的采集和电机等执行元件的控制，同时进行避障决策，对小车的运行方式和运行轨迹给出整体规划。

超声波测距传感器和红外避障传感器相互协调，负责小车周围障碍物的探知。主要负责探测小车的前、左、右三个方向是否有挡板遮挡，以及对小车的路径偏移进行纠正。

火焰传感器可以测量到传感器距离火焰的距离，可以用作起火点搜寻的依据。

电机驱动模块负责左右两轮电机的分别控制，可以实现电机的正反转和调速，从而完成小车的启停和转向。

电源模块负责给单片机和各传感器及电机驱动模块供电。

灭火设备可以选用风扇或者水泵等，依据实验室已有资源确定。

第2章机器人系统硬件详细方案设计

2.1传感器选型

2.1.1超声波测距传感器

超声波传感器包括超声波发射器、接收器与控制电路，主要用于距离检测，可测