课程设计--灭火机器人设计报告

目录

1. 概述 (1)

2. 作品的总体设计 (1)

2.1系统功能及技术指标 (1)

2.2系统的构成 (3)

2.3主要设备及元器件选型 (3)

2.4系统核心处理策略 (4)

3. 作品的详细设计 (5)

3.1硬件设计 (5)

3.1.1传感器与A/D转换 (5)

3.1.2电机驱动 (7)

3.1.3灭火 (9)

3.1.4控制系统 (10)

3.1.5电源 (11)

3.1.6系统原理图及元器件清 (12)

3.1.7PCB设计 (13)

3.1.8系统硬件资源清单 (15)

3.2软件设计 (15)

3.2.1程序流程图 (15)

3.2.2传感器及A/D转换程序设计 (16)

3.2.3电机驱动程序设计 (17)

3.2.4完整程序代码 (18)

3.3外形设计 (23)

4. 调试与测试 (25)

5. 结论 (25)

6. 感想（小组成员心得体会） (26)

7. 参考文献 (27)

1.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。

4．A/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

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

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；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50cm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，11~18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

图3-2 ADC0804原理图