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课程设计灭火机器人设计报告.doc
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课程设计灭火机器人设计报告.doc
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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
3.1.7 PCB 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。
电源模块
控
制
模
块
直 流 电
机
A
D
转
换
模
块
传
感
器
模
块
驱
动
模
块
灭 火 模
块
图 2-1 整体结构框架图
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。
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