智能消防機器人

1、智能消防機器人目錄第一章 引言.21.1 課題背景2 1.2 Intelligent Design and manufacture of electric cars Fire.21.3 實現功能31.4 模擬房子介紹3第二章 系統(tǒng)整體方案設計.42.1 系統(tǒng)硬件設計.42.2 系統(tǒng)軟件設計.4第三章 硬件設計.5 3.1 電源管理模塊5 3.11穩(wěn)壓芯片LM7805、7806CV5 3.12電源模塊電路原理圖.5 3.2 電機驅動芯BTS7960.6 3.21 BTS7960的邏輯功能.6 3.22 外形及封裝.6 3.23 BTS7960電路原理圖.73.3地面灰度檢測傳感器 ST188.7

2、3.3.1 ST188特點.73.3.2 檢測原理73.3.3 應用范圍73.3.4 外形尺寸（單位mm）73.3.5 ST188原理圖.83.4火焰?zhèn)鞲衅?83.4.1火焰?zhèn)鞲衅魇褂?8 3.5報警電路.8第四章 軟件設計94.1 滅火機器人行進路線分析94.2 軟件流程圖114.3軟件開發(fā)平臺介紹.11第五章 調試記錄及實驗心得125.1 調試記錄.12參考文獻.13附錄: 程序清單.13第一章 引言1.1課題背景如今國內外對消防設備的研究越來越重視，投入也越來越多。慢慢趨向于自動化、智能化。實現滅火、火場偵查、危險物品泄露探測、破拆等功能。本文設計主要完成的功能是撲火救人。本設計是基于S

3、TC89C52單片機對電動車進行控制的自動控制系統(tǒng)，研究的內容有：主要方案論證、硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)實物調試。硬件設計主要有電機驅動電路、熱光源采集電路、聲音采集電路、電風扇驅動電路、停車信號采集電路、LCD顯示電路、電源電路及單片機最小系統(tǒng)。本系統(tǒng)以STC89C52單片機作為控制核心，通過接受到熱光源采集電路傳送的信號和聲音采集電路傳送的信號，對電動車電機進行控制，從而實現對電動車的轉向控制。當兩處著火，一處是物品，另一處是人著火；電動車通過聲音識別，優(yōu)先將人身上的火撲滅。其所實現的功能相當于簡易消防機器人?！娟P鍵詞】 消防車 熱光源 STM32單片機 LM298 ST1781.2 In

4、telligent Design and manufacture of electric cars FireAbstract Today, fire-fighting equipment at home and abroad more and more emphasis on the study, input more and more. Slowly tends to automation and intelligence. To achieve fire fighting, fire detection, hazardous materials leak detection, ripper

5、 and other functions. This function is primarily designed to complete fire fighting to save people. The design is based STC89C52 microcontroller to control for electric vehicle control system to study the contents of the following: the main program feasibility studies, hardware design, software desi

6、gn, system debugging in kind. Hardware design, main motor drive circuit, thermal light source acquisition circuit, the sound collection circuit, fan drive circuit, stopping the signal acquisition circuit, LCD display circuit, power circuit and microcontroller minimum system. The system STC89C52 micr

7、ocomputer as the control core, through the acquisition circuit receives light transmitted thermal signal and voice signal acquisition circuit transmission of electric vehicle motors to be controlled in order to achieve steering control for electric vehicles. When the two fire, one is the items, anot

8、her is a human on fire; electric vehicle through voice recognition, give priority to the human body fire. They achieve the functional equivalent of simple fire-fighting robot.【Key words】： fire engine 、hot light、 STM32 MCU 、 LM298 ST1781.3 實現功能制造一個自主控制的機器人在一間平面結構房子模型里運動，找到一根蠟燭并盡快將它熄滅，這個工作受地面摩擦、機器人慣性、

9、機器人電機的轉數差、齒輪箱與輪子的摩擦、電壓變化等多個因素影響，它模擬了現實家庭中機器人處理火警的過程，蠟燭代表家里燃起的火源，機器人必須找到并熄滅它。1.4 模擬房子介紹模擬房子平面圖單位：mm比賽場地的墻壁22cm高，由KT板做成。墻壁為白色。比賽場地的地板將是貼有導航黑線的KT板。所有的房間和走廊的地板上都是光滑的。場地中所有的門口并沒有門，而是一個適當寬度的開口。第二章 系統(tǒng)整體方案設計2.1 系統(tǒng)硬件設計本次設計的目的是設計一個在規(guī)定區(qū)域能自主搜索火源并實施滅火的智能機器人小車，本次設計使用的主控芯片使用了STC89C52單片機，所以設計重點在傳感器和電機驅動上。系統(tǒng)總體設計框圖如圖

10、2.1：MCU小車電機驅動傳感器模塊傳感器模塊電源部分水槍電機圖2.1 系統(tǒng)總體設計框圖2.2 系統(tǒng)軟件設計轉彎子程序軟件設計方案是以上述硬件電路為基礎的，包括電機控制模塊、傳感器模塊的程序設計與實現。程序設計采用C語言編寫，編程環(huán)境是集成Keil STM32編譯器的集成編譯環(huán)境。滅火機器人設計的軟件設計結構框圖如圖2.2所示。滅火機器人系統(tǒng)軟件電機控制模塊傳感器模塊前進子程序停止子程序灰度子程序壁障子程序火焰子程序火焰子程序轉彎子程序轉彎子程序 圖2.2 系統(tǒng)軟件設計框圖 第三章 硬件設計3.1電源管理模塊電源是任何一個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提條件，為了使機器人運行穩(wěn)定，單片機和電機的供電系統(tǒng)采用

11、獨立供電的方法。3.1.1穩(wěn)壓芯片LM7805CV、LM7806CVLM7805CV的技術指標如下表：表3-1 穩(wěn)壓芯片7805參數LM7806CV的技術指標如下表：表3-2 穩(wěn)壓芯片7806參數3.1.2電源模塊電路原理圖由于單片機及所有的傳感器系統(tǒng)供電采用的是5V和6V的電源,所以在電源的處理上采用了穩(wěn)壓芯片7805CV和7806CV。火焰子程序3.2電機驅動芯片 BTS7960BTS7960是NovalithIC家族三個獨立的芯片的一部分:一是p型通道的高電位場效應晶體管，二是一個n型通道的低電位場效應晶體管，結合一個驅動晶片,形成一個完全整合的高電流半橋。所有三個芯片是安裝在一個共同的

12、引線框,利用芯片對芯片和芯片芯片技術。電源開關應用垂直場效應管技術來確保最佳的阻態(tài)。由于p型通道的高電位開關，需要一個電荷泵消除電磁干擾。通過驅動集成技術，邏輯電平輸入、電流取樣診斷、轉換速率調整器，失效發(fā)生時間、防止欠電壓、過電流、短路結構輕易地連接到一個微處理器上。BTS7960可結合其他的BTS7960形成全橋和三相驅動結構。3.2.2外形及引腳結構：3.2.3 BTS7960電路原理圖：3.3地面灰度檢測傳感器ST1783.3.1 ST178簡介： ST178H紅外光電傳感器模塊是基于ST178H傳感器設計的一款紅外反射式光電開關。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管

13、組成，輸出信號經施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。3.3.2 ST178特點：1、采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。2、檢測距離可調整范圍大，4-10mm可用。3、采用非接觸檢測方式。3.3.3 檢測原理： 傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強度不夠大時，光敏三極管一直處于關斷狀態(tài)，此時模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態(tài)；被檢測物體出現在檢測范圍內是，紅外線被反射回來且強度足夠大，光敏三極管飽和，此時模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點亮。3.3.4 外形尺寸（單位mm）：圖3.5 ST188實物圖3.3.5 ST178

14、與單片機連接原理圖： 圖3.4 ST178電路圖3.4火焰?zhèn)鞲衅鳎捍藗鞲衅鞅酒房蓮V泛應用于滅火機器人比賽中測量火焰值、足球比賽時，用于確定足球的方向。下圖為火焰?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D。圖3.8 火焰?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D3.5報警電路：當單片機的P1.0 I/O口輸出一個高電平時，通過非門后使三極管基級為低電平，此時三極管處于截止狀態(tài)，蜂鳴器不工作；當單片機的P1.0 I/O口輸出一個低電平，通過非門后使三極管基級變?yōu)楦唠娖?，三極管處于放大工作狀態(tài)，驅動蜂鳴器發(fā)出報警聲音。聲音報警電路如圖3.11所示。 第四章 軟件設計 4.1 滅火機器人行進路線分析結合我們小車的特點和前面分析，我們選擇3214的遍歷順序。開始

15、時，小車處于3號和4號房間中間，由圖可知，沿著右走的方案比較好，因此我們采用是右手規(guī)則，首先搜索的是3號房間，如圖。當在3號房間發(fā)現火源時，小車進入房間并滅火，滅火后按原路返回；如沒有發(fā)現火源，小車繼續(xù)按右手規(guī)則搜索房間，直到搜索4號房間，不管有沒有搜索到火源，從4號房間出來都繞著4號房間返回起點，因為回家過程中的時間不記入總時間，而繞行比較安全，小車比較好控制。4.2 軟件流程圖圖4.2 滅火小車軟件設計流程圖4.3 軟件開發(fā)平臺介紹本次設計軟件的開發(fā)主要采用Keil uVision4軟件編寫。使用Keil uVision4工具時，項目開發(fā)流程和其它軟件開發(fā)項目的流程極其相似：1、創(chuàng)建一個項

16、目，從器件庫中選擇目標器件，配置工具設置；2、用C語言或匯編語言創(chuàng)建源程序；3、用項目管理器生成你的應用；4、修改源程序中的錯誤；5、測試，連接應用。編程語言選用C語言。它可以作為工作系統(tǒng)設計語言，編寫系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，并且C語言以其結構化，容易維護，編寫不依賴計算機硬件的應用程序，容易移植的優(yōu)勢滿足開發(fā)的需要。而匯編語言作為傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的編程語言，具有執(zhí)行效率高的優(yōu)點，但其本身是低級語言，編程效率較低，可移植性和可讀性差，維護極不方便。而Keil STM32編譯器完全遵照ANSI C語言標準，支持C語言的所有標準特性。另外，直接支持STM32結構的幾個特性被添加到

17、里面。Keil宏匯編器支持STM32及其派生系列的全部指令集。 第五章 調試記錄5.1 調試記錄n 地面灰度傳感器：測試距離2.5cm,黑地面輸出電壓1.3-1.5V；白紙輸出3.8-4.5V；n 前方火焰?zhèn)鞲衅髯钸h測試距離2.5m，此次使用有效距離0.8m，輸出電壓0.6V，探測角度+30°。n 熱光源信號采集電路調試：熱光源采集電路分為四路，對四個方向的光強進行采集。根據光強電壓轉換原理：光越強，則電壓越高；光強越弱，電壓越低。將熱光源信號采集模塊中的靈敏度調節(jié)到最佳狀態(tài)。將蠟燭火焰靠近紅外接收二極管，調節(jié)對應的參考電壓的可調電位器，使對應輸出指示燈變亮（即接收到了熱光源信號，輸

18、出低電平）。再不斷改變蠟燭與紅外接收二極管之間的距離，將檢測距離調節(jié)到最遠時，達2.1米。此時靈敏度也最佳。但是在外界環(huán)境光比較強的地方，熱光源信號采集電路常出現錯誤判斷。數據記錄如下表1：測量輸出左路中左路中右路右路正確輸出左路中左路中右路右路測量101110111測量210011011測量31011101測量401101110表一根據分析，外界光也有近紅外，當紅外接收二極管暴露在外時，受外界紅外光的影響，產生錯誤判斷。解決的辦法是，將紅外接收二極管用直紙筒卷起來，防止外界環(huán)境影響。其它模塊電路出現的小問題比較容易解決，因為電路相對來說簡單，方便調試。整體電路連接調試后，比較成功，系統(tǒng)工作穩(wěn)

19、定。 從實驗調試結果分析可得，系統(tǒng)基本實現了熱光源信號的采集和電動車運動方向的控制。參考文獻1 國際賽制機器人滅火比賽規(guī)則.PDF2 李全利、遲榮強. 單片機原理及接口技術. 北京：高等教育出版社，2004.13 譚浩強. C程序設計(第二版). 北京：清華大學出版社，1999.124 童詩白、華成英. 模擬電子技術基礎(第三版). 北京：高等教育出版社，2003.12 5 康華光. 電子技術基礎 數字部分(第四版). 北京： 高等教育出版社，1900.16 黃智偉. 全國大學生電子設計競賽電路設計. 北京：北京航空航天大學出版社，2006.127 黃智偉. 全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計.

20、北京：北京航空航天大學出版社，2006.12 8 文艷、譚鴻. Protel 99 SE電子電路設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.8程序請單附錄1: #include "stm32f10x_lib.h"#include "public.h"u8 time_3ms = 0;u8 depart=0;u8 restart=0;u8 room=0;u8 gangway=0;u8 white=0;u8 room0=0;u8 room1=0;u8 room2=0;u8 gangway3=0;u8 gangway4=0;u8 sensor_temp_ahead=

21、0;u8 sensor_temp_ahead0=0;u8 sensor_temp_back=0;u8 sensor_temp_back0=0;u8 proceed=0;s8 memory=0; int main(void) system_init(); while(1) if(time_3ms >= 3) time_3ms = 0; /smokecheck(); if(depart=0) Encoder_Total=0; handle(-10); motor_speed(AHEAD_TURN,2); memory=2; while(Encoder_Total<1050); memo

22、ry=0; Encoder_Total=0; handle(-17); motor_speed(AHEAD_TURN,2); memory=2; while(Encoder_Total<3600); memory=0; room=1; depart=1; if(room=1) sensor_temp_ahead = sensor_ahead(); if(sensor_temp_ahead!=sensor_temp_ahead0|proceed=1) proceed=0; sensor_temp_ahead0=sensor_temp_ahead;switch(sensor_temp_ahe

23、ad) case 1: handle(-10); motor_speed(AHEAD_TURN,2); break; case 2: handle(-5); motor_speed(AHEAD,1); break; case 3: handle(0); motor_speed(AHEAD,1); break; case 4: handle(5); motor_speed(AHEAD,1); break; case 5: handle(10); motor_speed(AHEAD_TURN,2); break; case 0: if(white=0) white=1; Encoder_Total

24、=0; handle(19); motor_speed(AHEAD_TURN,2); memory=2; while(Encoder_Total<3000); memory=0; Encoder_Total=0; handle(20); motor_speed(AHEAD_TURN,2); memory=2; while(Encoder_Total<2500); memory=0; secure=0; dispose(); proceed=1; else handle(-18); motor_speed(AHEAD_TURN,2); break; case 6: /全黑 handl

25、e(0); motor_speed(0,0); secure=0; dispose(); gangway=1; room=0; break; if(gangway=1) sensor_temp_back = sensor_back(); if(sensor_temp_back!=sensor_temp_back0|proceed=1) proceed=0; sensor_temp_back0=sensor_temp_back;switch(sensor_temp_back) case 1: handle(16); motor_speed(BACK,-1); break; case 2: han

26、dle(13); motor_speed(BACK,-1); break; case 3: handle(10); motor_speed(BACK,-1); break; case 4: handle(7); motor_speed(BACK,-1); break; case 5: handle(0); motor_speed(BACK,-1); break; case 6: handle(-5); motor_speed(BACK,-1); break; case 7: handle(-10); motor_speed(BACK,-1); break; case 8: handle(-15

27、); motor_speed(BACK,-1); break; case 9:/全黑 handle(0); motor_speed(0,0); room=2; gangway=0; Encoder_Total=0; break; case 0: /全白 handle(17); motor_speed(BACK_TURN,-1); break; if(room=2) sensor_temp_ahead = sensor_ahead(); if(sensor_temp_ahead!=sensor_temp_ahead0|proceed=1) proceed=0; sensor_temp_ahead

28、0=sensor_temp_ahead;switch(sensor_temp_ahead) case 1: handle(-15); motor_speed(AHEAD_TURN,2); break; case 2: handle(-8); motor_speed(AHEAD,1); break; case 3: handle(0); motor_speed(AHEAD,1); break; case 4: handle(8); motor_speed(AHEAD,1); break; case 5: handle(15); motor_speed(AHEAD_TURN,2); break;

29、case 0: /全白 if(room1=0&&Encoder_Total<1400) handle(15); motor_speed(AHEAD,1); if(room1=0&&Encoder_Total>=1400) handle(-1); motor_speed(AHEAD,1); room1=1; else handle(18); motor_speed(AHEAD,1); break; case 6: /全黑 secure=0; dispose(); room=0; gangway=2; break; if(gangway=2) senso

30、r_temp_back = sensor_back(); if(sensor_temp_back!=sensor_temp_back0|proceed=1) proceed=0; sensor_temp_back0=sensor_temp_back;switch(sensor_temp_back) case 1: handle(18); motor_speed(BACK_TURN,-2); break; case 2: handle(15); motor_speed(BACK_TURN,-2); break; case 3: handle(10); motor_speed(BACK,-1);

31、break; case 4: handle(8); motor_speed(BACK,-1); break; case 5: handle(0); motor_speed(BACK,-1); break; case 6: handle(-10); motor_speed(BACK,-1); break; case 7: handle(-16); motor_speed(BACK_TURN,-1); break; case 8: handle(-19); motor_speed(BACK_TURN,-2); break; case 9:/全黑 Encoder_Total=0; handle(-2

32、); motor_speed(AHEAD,1); memory=1; while(Encoder_Total<2200); memory=0; gangway=0; room=3; break; case 0: /全白 if(room2=0) Encoder_Total=0; handle(0); motor_speed(BACK,-1); memory=-1; while(Encoder_Total<100); memory=0; Encoder_Total=0; room2=1; else if(Encoder_Total<=8000) handle(16); motor

33、_speed(BACK,-1); if(Encoder_Total>8000&&Encoder_Total<=18000) handle(-20); motor_speed(BACK_TURN,-2); else handle(20); motor_speed(BACK,-1); break; if(room=3) sensor_temp_ahead = sensor_ahead(); if(sensor_temp_ahead!=sensor_temp_ahead0|proceed=1) proceed=0; sensor_temp_ahead0=sensor_te

34、mp_ahead;switch(sensor_temp_ahead) case 1: handle(-10); motor_speed(AHEAD_TURN,2); break; case 2: handle(-3); motor_speed(AHEAD,1); break; case 3: handle(0); motor_speed(AHEAD,1); break; case 4: handle(3); motor_speed(AHEAD,1); break; case 5: handle(10); motor_speed(AHEAD_TURN,2); break; case 0: /全白

35、 handle(18); motor_speed(AHEAD_TURN,2); break; case 6: room=0; gangway=3; break; if(gangway=3) if(gangway3=0) Encoder_Total=0; handle(-2); motor_speed(AHEAD_TURN,2);memory=2; while(Encoder_Total<1800);memory=0;Encoder_Total=0; handle(-20); motor_speed(AHEAD_TURN,2);memory=2; while(Encoder_Total&l

36、t;2200);handle(0); motor_speed(AHEAD_TURN,2);memory=0;gangway3=1;sensor_temp_ahead = sensor_ahead();if(sensor_temp_ahead!=6)handle(0); motor_speed(AHEAD_TURN,2);else room=4; gangway=0; if(room=4) sensor_temp_ahead = sensor_ahead(); if(sensor_temp_ahead!=sensor_temp_ahead0|proceed=1) proceed=0; sensor