灭火机器人

摘要

随着社会的进步，机器人技术的不断深入使得机器人的应用领域不断扩展，从以往的多应用于工业领域而渐渐融入人们的生活，消防机器人作为消防部队中的新兴力量，加入了抢险救灾的行列。而为了更好的为生产生活服务，灭火机器人技术的优化势在必行。

本设计中智能灭火机器人采用A T89S52单片机作为检测和控制的核心，实现机器人的智能控制，包括寻迹、寻找火源、躲避障碍接近火源、启用风扇灭火等功能。火源探测使用红外传感器，障碍物判断采用集成红外传感器，电机采用直流电机。电机控制核心采用AT89S52单片机，控制系统与电路用电耦合器完全隔离以避免干扰。实现的功能是：从安全区域出发，自动寻找火源并选择路线灭火，避开障碍物接近火源，启用风扇吹灭火源后结束。

关键词：寻迹，寻找火源，躲避障碍，吹灭火

目录

第一章课题设计的目的、要求及意义 (1)

1.1课题的目的 (1)

1.2 要求及意义 (1)

1.2.1 要求 (1)

1.2.2 意义 (1)

第二章系统整体方案设计 (2)

2.1 设计思想 (2)

2.2 系统硬件设计 (2)

2.3 方案论证与比较 (2)

2.3.1 车体 (2)

2.3.2 寻迹 (2)

2.4 系统软件设计 (3)

第三章硬件设计 (4)

3.1 外形设计 (4)

3.2 检测黑线的设计 (4)

3.3 避障电路 (4)

3.4感光传感器 (4)

3.5 火焰传感器 (5)

3.6 电机驱动芯片L298N (5)

3.6.1 外形及封装 (5)

3.6.2 电机驱动电路 (6)

3.7 单片机AT89S52 (6)

3.8 电源部分设计 (7)

3.9灭火部分设计 (7)

3.10 灭火与报警 (7)

3.10.1灭火驱动电路 (7)

3.10.2声音报警电路 (8)

3.11 火焰定位 (8)

3.12灭火方式 (9)

第四章软件设计 (9)

4.1软件设计思路 (9)

4.2 灭火机器人行进线路分析 (9)

4.3 软件流程图 (10)

第五章制作与调试 (11)

5.1 制作流程 (11)

5.2 系统调试 (11)

第六章结论 (12)

感想（个人心得） (13)

致谢 (14)

参考文献 (15)

附录一程序清单 (16)

附录二实物图 (20)

第一章课题设计的目的、要求及意义

1.1课题的目的

制作一个消防智能机器人模型，能在指定的区域进行抢险灭火工作。以蜡烛为模拟火源，智能机器人从安全区域出发自动寻找火源，若寻到火源发出语音提示并启动风扇灭火。

1.2 要求及意义

1.2.1 要求

1. 通过各种渠道，搜集和检索信息资料，进行分析、归纳、整理及研究，以指导课题方案的确定。

2. 具备设计方案、设计场地、模拟火源。

3. 制作出一个消防智能机器人模型，并具有寻迹、避障、自动寻找火源灭火、能进行语音提示的功能。

4. 完整的、符合规范的技术说明（论文）。

1.2.2 意义

1. 智能灭火机器人的应用而生，实现了对安全防护的质的提高，大大地降低了消防人员的危险。如果在配以各种接口传感器可以实现系统的智能化。则无论在安全防护领域、工业控制领域、医疗卫生领域、还是在国防军事领域、航天航空领域，微控制器都起着举足轻重的作用。

2. 通过这次的设计，能进一步的加深对所学的基础理论、基本技能、专业知识的应用和掌握，使之系统化、综合化。

3. 这样的制作更能培养独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其培养独立获取新知识的能力。

4. 培养了实践能力，初步掌握了制作东西时的基本方法。

第二章系统整体方案设计

2.1 设计思想

根据灭火场地的规则要求，配以避障传感器、火焰传感器和光敏传感器。通过两路PWM控制两只电机以驱动灭火机器人灭火。

2.2 系统硬件设计

本次设计的目的是设计一个在规定区域能自主搜索火源并实施灭火的智能机器人小车，本次设计用的主控芯片使用了AT89S52单片机，所以设计重点在传感器和电机驱动上。系统总体设计框图如2-1所示：

2-1系统设计总框图

2.3 方案论证与比较

2.3.1 车体

方案一：采用四轮的车体，车体太大，灵活性差。

方案二：采用两轮的车体，方便、易于控制、灵活性好。

综上所述：采用方案二

2.3.2 寻迹

方案一:黑布做场地，用以30Х40cm的白条作为格子，在寻迹的过程中发现黑布太软，容易起褶皱，不利于小车寻迹。

方案二:白纸做场地，用以黑条作为格子，在寻迹的过程中由于交叉路口太多，影响了对车的控制。

方案三：白纸做场地，用黑条做小车的跑道，而且跑道几乎包含了大半个场地，在寻迹时没有交叉路口，利于小车寻迹。

综上所述：采用方案三

2.4 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。程序设计采用汇编语言编写，编程环境是keil编译器的集成编译环境。灭火机器人的软件设计结构框图如2-2所示：

2-2系统软件设计框图

第三章硬件设计

3.1 外形设计

3.1系统总体机械结构清单：

1 火焰传感器

2 光敏传感器

3 避障传感器

4 寻迹传感器

5 电源

6 小车后轮（万向轮）

7 直流电机

8 小车前轮

9 电源模块电路板

10 电机驱动电路板

11 最小系统模块电路板

3.2 检测黑线的设计

黑线检测将寻迹传感器放在底盘前方，这样检测比较精准，只是考虑到场地的地面不一定完全黑白分明，所以在连接电路时，要做成可以调节探测距离的电路，完成之后调节传感器使得小车能够准确探测到黑线，从而做出正确的动作。

3.3 避障电路

为了能够使小车快速地找到火源，就要求避障系统比较灵敏，遇到障碍物迅速躲避，对于避障传感器有以下介绍：

原理与功能

红外避障传感器（以下简称红外）。红外具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物（发射面）时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外波的返回信号来识别周围环境的变化。

应用介绍

红外是通过发射端发射红外信号，接收端接收由障碍物发射回来的红外信号，来判断障碍物。

3.4感光传感器

灵敏度高、响应速度快、检测距离可调、寿命长、工作稳定可靠。

3.5 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。电路图如3-1所示：