灭火机器人设计报告

灭火机器人设计系别：信息与控制系班级：自动0602班姓名：王健（06061065）孙祥勋（06061047）指导老师：赵勇2009年7月——2009年9月目录第一章引言...............................................................11.1课题背景...............................................................11.2实现功能..............................................................11.3模拟房子介绍..........................................................1第二章系统整体方案设计.....................................................22.1系统硬件设计..........................................................22.2系统软件设计..........................................................2第三章硬件设计...........................................................33.1电源管理模块...........................................................33.1.1稳压芯片LM7805CV、LM7812CV........................................33.1.2电源模块电路原理图.................................................33.2电机驱动芯片L298N.....................................................43.2.1L298N的逻辑功能：.................................................43.2.2外形及封装：.......................................................43.2.3L298N电路原理图：.................................................53.3避障检测传感器HS0038..................................................53.3.1HS0038简介：......................................................53.3.2HS0038特点：......................................................53.3.3检测原理：........................................................63.3.4HS0038与单片机连接原理图：........................................63.4地面灰度检测传感器ST188...............................................63.4.1ST188特点：.......................................................63.4.2检测原理：........................................................63.4.3应用范围：........................................................63.4.4外形尺寸（单位mm）：...............................................73.4.5ST188原理图：.....................................................73.5火焰传感器.............................................................73.5.1火焰传感器使用.....................................................7第四章软件设计...........................................................84.1灭火机器人行进路线分析................................................84.2软件流程图...........................................................10第五章调试记录及实验心得.................................................115.1调试记录.............................................................115.2实验心得.............................................................11参考文献.................................................................13附录1:程序清单..........................................................14附录2:灭火机器人实物图及灭火场地........................................26第一章引言1.1课题背景随着社会的进步，机器人技术的不断发展使得机器人的应用领域不断扩展，从以往多应用于工业领域而渐渐融入人们的生活。灭火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。灭火机器人是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了智能机器人系统的发展方向。1.2实现功能制造一个自主控制的机器人在一间平面结构房子模型里运动，找到一根蜡烛并尽快将它熄灭，这个工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、齿轮箱与轮子的摩擦、电压变化等多个因素影响，它模拟了现实家庭中机器人处理火警的过程，蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。1.3模拟房子介绍模拟房子平面图单位：mm图1.1灭火机器人比赛场地（国际赛制）比赛场地的墙壁33cm高，由木头做成。墙壁刷成白色。比赛场地的地板将是被漆成黑色的光滑木制表面。在所有的房间和走廊的地板上，可能会铺有小地毯，不会有粗毛地毯。场地中所有的走廊和门口宽都是46cm。门口并没有门，而是一个46cm的开口，将会有一个白色的2.5cm宽的白色带子或白漆印迹表示房间入口。第二章系统整体方案设计2.1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，本次设计使用的主控芯片使用了STC89C52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图2.1：图2.1系统总体设计框图2.2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、传感器模块的程序设计与实现。程序设计采用C语言编写，编程环境是集成KeilC51编译器的集成编译环境。灭火机器人设计的软件设计结构框图如图2.2所示。图2.2系统软件设计框图MCU小车电机驱动传感器模块传感器模块电源部分风扇电机灭火机器人系统软件框图电机控制模块传感器模块转弯程序前进程序停止程序ST188程序HS0038程序火焰程序第三章硬件设计3.1电源管理模块电源是任何一个系统稳定运行的前提条件，为了使机器人运行稳定，单片机和电机的供电系统采用独立供电的方法。3.1.1稳压芯片LM7805CV、LM7812CVLM7805CV的技术指标如下表：表3-1稳压芯片7805参数LM7812CV的技术指标如下表：表3-2稳压芯片7812参数3.1.2电源模块电路原理图由于单片机及所有的传感器系统供电采用的是5V的电源，而车体要良好的运行电机的供电电压应该达到12V，所以在电源的处理上采用了稳压芯片7805CV和7812CV。图3.1电源部分电路图3.2电机驱动芯片L298NL298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。3.2.1L298N的逻辑功能：表3-3SHARPGP2D12实物图3.2.2外形及封装：图3.2L298N实物图3.2.3L298N电路原理图：由于一片L298N可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Nov-2008SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\报告\灭火机器人硬件设计.DdbDrawnBy:IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11GND1GND15GND8VSS4VCC9OUT12OUT23OUT313OUT414U1L298NA-+MG1MOTORRIGHTA-+MG2MOTORLEFTD14007D54007D34007D44007D24007D74007D84007D64007123456J1单片机引脚P3.1P3.3P3.5P3.7P4.2P4.4IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11GND1GND15GND8VSS4VCC9OUT12OUT23OUT313OUT414U2L298N+12V+12V+12V+12V+5V+5V小车电机驱动IN15IN27IN310IN412ENA6ENB11GND1GND15GND8VSS4VCC9OUT12OUT23OUT313OUT414U3L298NA-+灭火风扇灭火风扇驱动123J2CON3P5.7GND+5V图3.3L298N电路图3.3避障检测传感器HS00383.3.1HS0038简介：HS0038B-系列微型接收机红外遥控器控制系统。PIN二极管和前置上组装引线框架，环氧包被设计成红外过滤器。该解调输出信号可直接解码的微处理器。HS0038B是标准的红外遥控接收器系列，支持所有主要传输代码。3.3.2HS0038特点：1、光检测器和放大器一体封装2、内部可集成PCM频率过滤器3、与TTL和CMOS电平兼容4、改进的屏蔽电场，抗干扰能力强3.3.3检测原理：红外发射管发射出经过调制过的38KHZ的红外光，当前方没有障碍物时，接收器收不到红外光，相反当前方有障碍物时，接受器可以收到红外光。根据此原理，机器人可以感知前方的路况从而决定是否前行。3.3.4HS0038与单片机连接原理图：图3.4HS0038电路3.4地面灰度检测传感器ST1883.4.1ST188特点：1、采用高发射功率红外二极管和高灵敏度光电晶体管组成。2、检测距离可调整范围大，4--