基于AVR单片机的灭火机器人的设计与实现1

基于AVR单片机的灭火机器人的设计与实现1基本思路设计思想是在灭火机器人管辖的范围内，一旦发生火灾，机器人会立即发现并且前往火灾现场进行灭火。根据灭火机器人的设计理念，我们选用ATmega16单片机作为机器人的处理器，主要利用光电烟雾报警器，红外传感器，火焰传感器等对一定的范围进行监控灭火。2机器人工作原理（1）在机器人管辖范围内，如果某处有火灾发生，烟雾报警器就会检测到，发出信号给机器人。（2）机器人接收到信号后立即驶向该报警处。（3）当机器人距离火焰一定距离后，利用火焰传感器寻找到火源具体的位置并驶近该位置进行灭火。原理示意图2系统硬件设计2.1系统总体设计系统以ATmega16单片机为核心，它是一种基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。其特点为：16k字节SRAM，32个通用I\O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，低功耗，最高工作频率可达1MIPS/MHz，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的计时器\计数器（T\C），片内\外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有监控范围烟雾报警器机器人可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。2.2系统电源部分系统采用单电源供电电路时比较简单，但是考虑到电动机起动瞬间电流很大，会造成电源电压不稳，影响单片机和输入电路工作的稳定性和可靠性，因此采用双电源供电方案。将电机电源和单片机电源完全隔离。单片机以及传感器电路使用5V供电，电动机使用12V供电。提高电动机的供电电压，可以提高机器人的运行速度，从而可以提高灭火的效率。2.3电机驱动部分机器人需要控制在一个合适的速度行驶，在灭火的过程中既要以较快的速度找到火源，又要防止因为碰撞而影响灭火的效率。小车的速度是由两只直流电机控制。L298驱动芯片是性能优越的小型直流电机驱动芯片之一。它可被用来驱动两个直流电机或者是双极性步进电机。在6—46V的电压下，可以提供2A的额定电流。L298还有过热自动关断功能，并有反馈电流检测功能。为保证L298正常工作，我们再加一个稳压电路。由ATmega16单片机直接输出两路PWM驱动L298N。改变PWM调制脉冲占空比，可以实现精确调速。脉冲频率对电机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带负载能力差；脉冲频率低则反之。通过PD4和PD5两根I/O口线来控制电机的转动方向。L298驱动原理图如下：L298驱动原理图2.4传感器部分在灭火机器人中主要使用了三类传感器，烟雾报警器用来监测火灾发生的大体位置；火焰传感器是用来探测火焰的；红外传感器用来测量小车到墙壁的距离，用来定位。光电烟雾传感器光电烟雾传感器是具有独立/联网/无线输出方式的探测器。它能准确的检测烟雾，当烟雾浓度超过限度时，传感器发出声光报警，并向采集器发出报警信号。图:烟雾报警器电路火焰传感器远红外火焰探头将外界红外光的变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0~1023范围内的数值。外界红外光越强，数值越小。因此越靠近热源，机器人显示读数越小。根据函数返回值的变化能判断红外光线的强弱,从而能大致判别出火源的远近。此外，远红外火焰探头探测角度为60°。火焰传感器的原理图如下：火焰传感器原理图本系统中采用的是单传感器加舵机的思路。取一不透光黑色胶卷筒，在其尾部钻孔，将火焰传感器装入其中，再将胶卷筒固定在舵机舵盘上。这样，火焰传感器就能随舵机转动，在转动的过程中进行A/D采样，实验证明抗干扰能力很好。并且小车距离火焰2.6cm以外即可“看”到底部距地面15cm～20cm高度不定的火焰，符合设计要求。红外测距传感器红外测距传感器使用的是SHARP公司的GP2D12集成高精度传感器，测量有效距离为10cm~80cm，对应输出电压为2.5V~0V。传感器外形及距离－电压曲线图如下：GP2D12红外传感器本系统中共使用了三个红外测距传感器（以下简称PSD），一个装于机器人正前方，另外两个分别装于机器人两侧，与前方PSD成90度。主要用这三个PSD来测量前方、左方、右方离开墙壁的距离。