基于火焰傳感器的滅火機器人畢業論文(文件)

　

【正文】 ......................................................................32 液晶編程 ...............................................................................................................33第 5 章 系統實現 .......................................................................................34第 6 章 總結 ...............................................................................................35參考文獻 ........................................................................................................36致謝 ................................................................................................................37附 錄 ............................................................................................................38基于火焰傳感器的滅火機器人摘要本次設計主控 CPU 采用新華龍公司的 51 系列單片機中的 C8051F320。關鍵詞: C8051F320 ，火焰傳感器 ，光電開關 ， PWM， 液晶Based on the flame of the fire fighting robot sensorAbstractThe main control CPU of the design is one of the 51 series microcontroller basic function of the design requires the robot find fire as soon as possible in the stipulated field, and then within the shortest possible time to make fire fighting action.This robot make C8051F320 generate double road PWM waves, controlling the directcurrent motor of the car , using photoelectric switch tube detect obstacles, making the car can avoid obstacles, using flame sensor probe fire, finding the fire, and the single chip microputer controls the circuit of the pump . At the same time, use liquid crystal display vehicle speed, making us have a better understand of the running car. Key words: C8051F320 ，Flame sensor ，Photoelectric switches ， PWM ，Liquid crystal 第 1 章 緒論 機器人的發展概述機器人技術是一項綜合性的學科,涉及機械、電子、計算機、人工智能等領域。自從人類創造了第一臺機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，在幾十年間，機器人技術得到迅速發展。目前發達國家正在加快開發不同功能的第二代實用型消防機器人，而第三代智能型消防機器人尚在探索之中，日本、美國和英國已開始進入預研和論證階段 [2]。分析了研究滅火機器人的意義，介紹了國內外滅火機器人的發展與現狀。詳細介紹各電路模塊的工作原理以及所選器件的性能。介紹了滅火機器人的安裝、校驗調整過程，分析了產生系統誤差的原因，討論了解決的具體方法。以蠟燭模擬火源，隨機分布在場地中。4. 若有則繼續滅火，若無則由出口結束本次任務。4．使用以7805芯片為核心的穩壓設計，以L293為核心的電機驅動設計，保證系統的穩定性。(2)機器人在行走過程中要不斷的判斷是否有火源；如有，還要判斷火源在機器人的哪個方位、離機器人的距離等。這個設計主要由3部分組成，即避障、找火、滅火。為了找到火源，必須有探測火源的裝置。在機器人能很好地“ 行走”、“ 找火”之后，要解決的問題就是怎樣去“滅火”了。在“找火”過程中，完成了機器人滅火的合適定位。本設計以多進程來實施，具體實施時進程間是同步并行的，但有些資源不允許同時使用，所以進程間還是有優先級的。用自制探測器或購買完整探測模塊，并用開發板控制小車運動。 各模塊的選定 驅動電機模塊的選定方案1：采用步進電機作為該系統的驅動電機，利用步進電機的準確定長步進性能方便的實現調速和方向的偏轉，且能準確的測量速度、路程以及時間，簡化編程和硬件連接的工作量。對于直流電機的速度調高，可以采用改變電壓的方法，也可采用PWM調速方法。4．主電路簡單，所用功率元件少。此方案較復雜，需要單片機編程來計算距離，靈敏度較低。根據以上分析我們采用方案2。方案3：采用紅外接收二極管，紅外接收二極管將外界紅外光的變化轉化為電流的變化，通過 A/D轉換器將模擬信號反映為0～1023范圍內的數字信號。鑒于以上3種方案的比較，我們選擇方案3。方案1：芯片控制。直接利用場效應管驅動。所以需要對電源的提供必須正確和穩定可靠?；谙到y的穩定性考慮，我選擇了方案2。 最終方案經過反復論證，我們最終確定了如下方案：1．車體是購買專用電動車。5．采用紅外接收管作為紅外火源傳感器。本次滅火機器人作為救災設施，系統要求能夠準確測量信號的位置并智能化地根據測量結果判斷執行動作，并進行處理及顯示。避障光電開關紅外火焰傳感器單片機穩壓供電水泵驅動電機驅動水泵穩壓供電直流電機 （ L ）電機穩壓供電直流電機 （ R ）C 8 0 5 1 F 3 2 0控制芯片滅火 系統工作原理框圖 系統硬件總體概述 總體框圖在本設計中，另外加入了測速模塊以便隨時檢測速度；加入光電耦合電路模塊，保護小車底板；加入液晶顯示模塊，顯示車速、電源電壓等。 小車底盤的選擇一、功能概述滅火小車底盤結構主要有：四個獨立的電機，增大了驅動力和轉彎的靈活性； L293D電機驅動芯片，增加了PWM電機調速功能； 測速碼盤（安裝在第一級輸出），提高了轉速測量精度；開關量轉速測量傳感器接口；外部電源接口和電池盒接口，方便了小車用電選擇；電壓選擇端口，可以使用干電池或充電電池供電（干電池供電時電壓選擇端跳線拿掉）；運動方向和轉速指示燈，控制時更直觀；電源和控制端口等。集成遠紅外火焰探頭將外界紅外光的強弱變化轉化為電壓的變化?；鹧鎮鞲衅骼眉t外線對火焰非常敏感的特點，使用特制的紅外線接收管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉化為高低變化的電平信號 [9]，輸入到中央處理器CPU中，CPU根據信號變化做出相應的處理。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。2．電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。：圖 蜂鳴器電路圖，當單片機發出信號，蜂鳴器接通時就會發出聲音進行報警提示。檢測距離可以根據要求進行調節。： 圖 避障傳感器引腳圖如圖所示，本紅外避障傳感器引出三條接口線，棕色、藍色、黑色分別對應VCC、GND 、 OUT。 穩壓芯片模塊由于本設計中，水泵需要6V以上供電才能達到最佳狀態，而小車及其他模塊供電只需要5V，因此引入了穩壓芯片。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。輸入的電信號驅動發光二極管（LED ），使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比 [12]。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。槽型光電開關其實質是將一個光發射器面對面地裝在一個槽的兩側。測速原理如下：小車底盤的齒輪減速比是8/250，即電機轉動250圈，車輪只轉動8圈，而光電碼盤是六槽的，故通過單片機測量測速傳感器接收端的單位時間內電平變化就能測出電機轉動了多少圈，從而根據轉速比測出速度。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(1)，要么完全無(0)。脈寬調制（PWM），控制方式就是采用脈沖寬度調制技術，其工作原理是：通過改變“接通脈沖”的寬度，使直流電機電樞上的電壓的“占空比”改變，從而改變電樞電壓的平均值，控制電機的轉速。直流電機的驅動電路采用H型PWM電路，用單片機控制驅動電路，使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電動機轉速 [14]。電路中，H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機。即改變PWM調制脈沖占空比，可以實現精確調速。兩個外部中斷對系統運行的快速性也起到了積極的作用。C8051320F320 單片機具有片內 C2 調試模式，通過JTAG 接口可以對板上器件進行非侵入式、全速的系統調試。令外，該單片機采用 供電，工作電流 20mA 以下，可謂是低功耗單片機。 片內 Silicon Labs 二線（ C2）開發接口允許使用安裝在最終應用系統上的產品 MCU進行非侵入式（不占用片內資源） 、全速、在系統調試。 每種器件都可在工業溫度范圍（45℃到+85℃）內用 的電壓工作。SPI0 可以作為主器件或從器件工作，可以使用 3 線或 4 線方式，并可以同一總線上支持多個主器件和從器件。其原理圖及所用到的寄存器如圖 所示：圖 SPI 總線工作原理圖由原理圖可知，若要正常使用 SPI，就必須對時鐘速率寄存器 SPI0CKR、配置寄存器SPI0CFG、控制寄存器 SPI0CN 進行配置。SCK 為串行時鐘信號。一、特點MzLH0412864為一塊12864點陣的LCD顯示模組，模組自帶兩種字號的漢字庫（包含一、二級漢字庫）以及兩種字號的ASCII碼西文字庫；并且自帶基本繪圖功能，包括畫點、畫直線、矩形、圓形等；此外該模塊特色的地方就是還自帶有直接數字顯示 [17]。在目前，鋰離子電池技術已經比較成熟，大量應用于手機等便攜電子設備里,并且有體積小,容量大,放電穩等多種優點。 電源方案 電源選用 TI 公司的 TPS78930 穩壓芯片，其應用電路如圖 所示： 圖 按鍵開關及 3V 電源電路該電路分兩部分，一部分為開關控制電路另一部分為穩壓電路。在開機狀態下如要斷電，只須再次按下 S1，單片機檢測到 POW_INT 的高電平信號，通過內部程序處理，延時 100ms 以使各模塊完成正在進行的工作，使 POW_CTRL 輸出低電平。此按鍵設計，主要參考瑞芯微 MP4 電源方案設計。對于我們的系統足以維持工作。5 為 OUT，穩壓的輸出端。用單片機內部 AD 測量電源電壓，并通過液晶顯示。 CPU 引腳的設定、 ，； 輸出PWM信號，控制小車電機的轉速；、 、分別為左、中、右側的火焰傳感器的信號，、 為光電開關輸入信號。程序控制流程圖如圖 所示。在一個周期完成后，為防止在工作過程中電池過放，此時再進行一次電量檢測，至此，一個完整的工作過程就完了。是否有火源 ？小車初始化結束開始滅火是否找到火源 ？壁障模塊程序是否成功滅火 ？否否否是是是圖 主程序軟件流程圖 小車避障模塊程序軟件流程圖避障模塊程序首先采集光電開關傳回的信號，判斷當前小車周圍是否有障礙物，通過車頭的兩個光電開關判斷是否有障礙物，避障模塊程序流程圖如圖 所示。判斷到火源位置 ？采集火焰傳感器信號結束開始是前左右否滅火前進左轉 9 0 度右轉 9 0 度圖 判斷火源位置模塊 液晶顯示的編程 SPI 總線工作原理