如何掌握灭火机器人的设计

供了技术上的保证，使得消防机器人应运而生从二十世纪八十年代开始，世界许多国家都进行了消防机器人的研究美国和苏联最早进行消防机器人的研究，而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了消防机器人的研究，目前已有多种不同类型的消防机器人用于各种火灾场合我国从八十年代末期开始消防机器人的研究，公安部上海消防研究所等单位在消防机器人的研究中取得了大量的成果，〃自行式消防炮〃已经投入市场，〃履带轮式消防灭火侦察机器人〃也于2000年6月通过了国家验收但是，我国消防机器人的研究还处在初级阶段，还有许多有待研究的问题比方，高层建筑发生火灾时，消防人员不可能在短时间内到达高处的火灾发生地点，在地下建筑中,由于环境比较潮湿，烟气不易扩散，消防人员不容易快速的判定火源位置；而在石化企业发生火灾时，将产生大量的毒气，消防人员在灭火时极易中毒研制能够用于这些场合的侦察灭火机器人,协助消防人员进行火灾的定位和灭火，将有极大的社会意义基于人工智能的不断开展，各项高新技术的不断成熟，在可预见的将来，消防机器人在功能上会更具多样特点，在较多危险区域可以完全代替消防员，防止消防员生命伤亡同时也应该看到,我国在研究消防机器人方面较国外同行已落后太多,存在技术差异和代沟，消防机器人的不断研制、生产和装备过程，应坚持自主研制为主，引进为辅，提高我国消防部队消防装备现代化的水平，并及时装备消防部队，提高消防部队打赢大仗、恶仗、硬仗和特殊战役的能力，提高消防部队在处置大型复杂火灾和应急救援的作战效能，提高消防部队的自我防护能力，减少消防指战员的人身伤亡，更好地保卫我国经济开展本论文设计了以ATMEGA128单片机作为主控制器，光敏电阻作为本系统的火焰传感器，用ST178型光电对管进行寻线和避障，L298作为直流电机的驱动芯片所做工作和确定的成果如下

1、以单片机ATMEGA128为核心拟定了系统组成方案，完成了系统的电路硬件总体设计，包括供电模块、单片机系统、寻线系统、电机驱动系统、壁障系统、火焰检测系统以及灭火系统和各个模块间接口

2、完成主要功能模块的程序设计，分别完成对各个功能模块的程序进行调试工作系统设计及方案比较2根据课题设计的要求和课题目标，我制定出了系统的设计方案，并通过比较论证，选择适宜的器件采用ATMEGA128单片机作为主控制器，用ST178型光电对管进行避障，TTS型热释电非接触式温度传感器作为本系统的火焰传感器，L298作为直流电机的驱动芯片的设计方案课题要求设计一个简易灭火机器人模型，能到指定区域进行灭火工作（以蜡烛模拟火源，分布在机器人行走的场地中）O机器人必须通过内部设备采集现场环境情况进行分析并做出相应的动作,以到达机器人智能灭火的目的根据题目要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、直流电机及其驱动模块、避障传感器模块、避障模块、火焰传感器、灭火系统及其驱动模块等模块构成，本系统的方框图如图2-1所示图2-1系统方框图为较好的实现各模块的功能，我分别设计了几种方案并分别进行了论证

2.2硬件实现方案

2.

2.1MCU的选择近年来，单片机应用技术开展迅速，为智能装置的开发设计带来了很大的便利但在开发设计中选择适宜的MCU带来了很大的困难方案1采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高且从使用及经济的角度考虑我放弃了此方案方案2采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能力降低本系统主要是进行避障和火焰传感器的检测以及电机的控制，兼有声音报警如果单纯的使用凌阳单片机，在语音播报的同时机器人的控制容易出现不稳定的情况从系统的稳定性和编程的简洁性考虑，我放弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案方案3采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器AT89S52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM）,32个10口，2个16位可编程定时计数器且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序但是考虑到本系统要进行避障和火焰传感器的检测以及电机的控制、声音报警，若使用AT89s52可能在数据处理方面有一些缺乏因此我们不选择此方案方案4采用Atmel公司的Atmegal28高端单片机作为主控制器ATmegal28为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器先进的RISC结构，133条指令且大多数可以在一个时钟周期内完成具有非易失性的程序和数据存储器，具有独立锁定位、可选择的启动代码区，通过片内的启动程序实现系统内编程支持JTAG接口同时与IEEE

1149.1标准兼容两个具有独立的预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器，两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器具有独立预分频器的实时时钟计数器，两路8位PWM,6路分辨率可编程（2到16位）的PWM,8路10位ADC,可以方便的进行模数转换从方便使用和经济的角度考虑，我选择了方案

42.

2.2电机选择本系统为智能机器人，对于机器人来说，其驱动电机的选择就显得十分重要下面我们分析了几种常见电机步进电机由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现机器人前进路程和位置的精确定位虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于机器人等有一定速度要求的系统直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力舵机，顾名思义是控制舵面的电动机舵机的出现最早是作为遥控模型控制舵面、油门等机构的动力来源，但是由于舵机具有很多优秀的特性，在制作机器人时也时常能看到它的应用舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围一般不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中比方说机器人的关节、飞机的舵面等直流电机能够较好的满足系统的要求，控制方便，因此我选择以直流电机做为机器人行进驱动电机，用舵机来做机器人的驱动转向电机

2.

3.1火焰传感器的选择火焰检测有紫外传感器、烟雾传感器、温度传感器、红外传感器以及CCD图像传感器我综合论证了这几种传感器，制定了如下几种方案方案1用烟雾传感器烟雾传感器广泛应用与火警检测但是由于此题目的火源是用蜡烛模拟的，没有太大的烟雾，因此用烟雾传感器作为此小型机器人的火焰传感器也不够实用，因此我放弃了此方案方案2用紫外传感器检测火焰紫外火焰传感器主要应用于火灾消防系统，尤其是一些易燃易爆场所，用来监测火焰的产生紫外线火焰传感器的灵敏度高，相应速度快，抗干扰能力强，对明火特别敏感，能对火灾立即做出反应但是紫外传感器检测的范围太大，不适用于本系统方案3用光敏电阻作为传感器所谓光敏，就是对光反应敏感光敏电阻在光照条件下电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的组件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大CDS光敏电阻,灵敏度高，反应速度快，光谱特性及丫值一致性好等特点外，在高温、多湿的恶劣环境下，仍能保持其高度的稳定性和可靠性，广泛应用于光探测和光自控领域中但自然光对光敏电阻影响较大,因此我们不采用此方案方案4用CCD图像传感器用CCD图像传感器可以检测各种被检测量，适用于各种量的检测但是用CCD图像传感器需要处理的信号量太大，且体积较大，不适合用于本系统方案5用热释电红外测温传感器，热释电红外传感器TTS1000和TTS2000系列是根据LiTaO3的热释电效应设计的，用作检测器的热释电材料具有自发极化，其晶面能俘获大气中的自由电荷,从而保持中性，当晶面温度稍有变化即引起自发极化强度的变化，从而使晶面电荷量发生相应的变化由于它是非接触式测温，用于测量火焰温度非常方便从经济和方便的角度考虑，我选择了方案5的选择方案1用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平这样自己制作组装的寻迹传感器根本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我放弃了这个方案方案2用光敏电阻组成光敏探测器光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化将阻值的变化值经过比较器就可以输出上下电平但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作因此我们考虑其他更加稳定的方案方案3用ST178型光电对管ST178为反射取样式红外线对管作为核心传感器件它采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，以非接触检测方式,检测距离可调整范围大,4Tomm可用ST178的示意图和特性曲线如下图当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平此光电对管调理电路简单，工作性能稳定因此我选择了方案3a baST178示意图b ST178特性表2-3ST178图的示意图和特性曲线

2.

3.

3.避障传感器的选择方案1用超声波传感器进行避障超声波传感器的原理是超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收然后将这信号放大后送入单片机超声波传感器在避障的设计中被广泛应用但是超声波传感器需要40KHz的方波信号来工作，因为超声波传感器对工作频率要求较高，偏差在1%内，所以用模拟电路来做方波发生器比较难以实现而用单片机作为方波发生器未免有些浪费资源因此我考虑其他的方案方案2用红外光电开关ST178进行避障光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束，被物体阻断或局部反射,受光器最终据此做出判断反应,是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射,当检测到有障碍物的时候，光电对管就能够接收到物体反射的红外光，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测光电对管ST178操作简单，使用方便当有光线反射回来时，输出低电平当没有光线反射回来时，输出高电平考虑到本系统只需要检测简单障碍物，没有十分复杂的环境为了使用方便，便于操作和调试,我最终选择了方案

23.

3.4硬件总体设计方案经过反复比较论证，我最终确定了如下方案

1、手工制作模拟机器人

2、采用Atmegal28单片机作为主控制器

3、用ST178型光电对管进行避障

4、热释电红外测温传感器作为本系统的火焰传感器

5、L298作为直流电机的驱动芯片

6、使用蜂鸣器进行灭火报警图2--4为系统结构框图

2.4软件总体设计方案传感器组把测得温度分别通过模数转换传给单片机，单片机通过一定的处理，比较得出温度最高的三个传感器，根据能量在自由空间的衰减规律可知，火源与传感器的距离与传感器测得温度的大小呈负相关，温度越高，距离火源越近，所以，火源即在这三个传感器所对的那个方向上具体的方位可以通过相应的公式计算出来，调整机器人方向并通过避障传感器避障前进到火源位置驱动灭火风扇进行灭火硬件单元电路设计3本章主要讲述了以AT89s52为主控制器，设计相关的硬件电路主要硬件电路有寻线与控制电路、电机驱动模块、火焰检测电路、灭火风扇驱动电路以及声音报警电路

3.1电源电路ATMEGA128需要直流电压、150mA的峰值电流，在考虑到其它外围芯片的供电电压和功耗，最终选择LM2940这种专为大功率供电使用的芯片提供5V供电，电源电路如图3-13-1图3T微控制器模块的设计

4.

2.1ATmegal28单片机介绍ATMEL公司的8位系列单片机的最高配置的一款单片机，应用极其广泛ATmegal28主要特性如下•高性能、低功耗的AVR8位微处理器•先进的RISC结构-133条指令-大多数可以在一个时钟周期内完成-32x8通用工作存放器+外设控制存放器-全静态工作-工作于16MHz时性能高达16MIPS-只需两个时钟周期的硬件乘法器-非易失性的程序和数据存储器-128K字节的系统内可编程Flash寿命10,000次写/擦除周期-具有独立锁定位、可选择的启动代码区通过片内的启动程序实现系统内编程真正的读-修改-写操作-4K字节的EEPR0M寿命100,000次写/擦除周期-4K字节的内部SRAM-多达64K字节的优化的外部存储器空间-可以对锁定位进行编程以实现软件加密-可以通过SPI实现系统内编程-JTAG接口（与IEEE

1149.1标准兼容）-遵循JTAG标准的边界扫描功能-支持扩展的片内调试-通过JTAG接口实现对Flash,EEPROM,熔丝位和锁定位的编程-外设特点-两个具有独立的预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器-两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器-具有独立预分频器的实时时钟计数器-两路8位PWM-6路分辨率可编程（2到16位）的PWM-输出比较调制器-8路10位ADC8个单端通道7个差分通道2个具有可编程增益（lx,10x,或200x）的差分通道-面向字节的两线接口-两个可编程的串行USART-可工作于主机/从机模式的SPI串行接口-具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器-片内模拟比较器-特殊的处理器特点-上电复位以及可编程的掉电检测-片内经过标定的RC振荡器-片内/片外中断源-6种睡眠模式空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式-可以通过软件进行选择的时钟频率-通过熔丝位可以选择ATmegalO3兼容模式-全局上拉禁止功能•I/O和封装-53个可编程I/O口线-64引脚TQFP与64引脚MLF封装,工作电压-

2.7-

5.5V ATmegal28L-

4.5-

5.5V ATmegal28-速度等级-0-8MHz ATmegal28L0-16MHz ATmegal

283.

2.2ATmegal28单片机最小系统电路Atmegal28单片机最小系统电路如图3-2所示主要包括复位电路、晶振电路、低通滤波器电路以及各种滤波电容

3.3电机驱动电路的设计用L298芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良，从稳定性方面考虑，采用电机驱动芯片L298作为电机驱动L298是SGS公司的产品，是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，内部包含二个H桥的高电压大电流桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动图3-3LM298内部H桥原理图46伏、2安培以下的电机，工作温度范围从一25度到130度它相应频率高，一片L298可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端其内部的H桥原理图如图3-3所示EnA是控制使能端，控制OUT1和OUT2之间电机的停转，INI、IN2脚接入控制电平，控制OUT1和OUT2之间电机的转向当使能端EnA有效，IN1为低电平IN2为高电平时，三极管2,3导通，1,4截止，电机反转当IN1和IN2电平相同时，电机停转如表3-1是L298使能引脚、输入引脚和输出引脚之间的逻辑关系表3-1电机运行逻辑关系EnA INIIN2电机转向H H L正转HLH反转H同IN2同INI停止L XX停止驱动电路的设计如图3-4所示电池由VIN接入，通过LM2940IMP-

5.0转化为5v作为信号电源VCC电机由L298供电，由全桥进行泻流对电机的控制信号由Atmegal28直接输入，M

1.DIR与M

1.PWM为Ml电机的控制信号，M2_DIR与M2_PWM为M2电机的控制信号，其中INPUT2与INPUT4的信号是由输入INPUT

1、INPUT3的信号反向后输入通过对单片机的编程就可以实现两个直流电机的正反转

3.

3.1L298控制直流电机加减速的89c51单片机C程序#includereg

51.h#includemath.h#define ucharunsigned char#define uintunsigned intsbitenl=P30;/*L298的Enable A*/sbit sl=P3^2;/*L298的Input1*/sbit s2=P33;/*L298的Input2*/uchar t=0;/*中断计数器*/uchar ml=0;/*电机1速度值*/uchar tmpl;/*电机当前速度值*//*电机控制函数index-电机号1,2;speed-电机速度TOO—100*/void motorucharindex,char speedif speed=-100speed=100if index==l/*电机1的处理*/ml=abs speed;/*取速度的绝对值*/ifspeed0/*速度值为负则反转*/sl=0;s2=l;else/*不为负数则正转*/sl=l;s2=0;void delayuintj/*简易延时函数*/{forj;j0;j-;void mainuchari;TM0D=0x02;/*设定TO的工作模式为2*/TH0=0x9B;/*装入定时器的初值*/TL0=0x9B;EA=1;/*开中断*/ETO=1;/*定时器0允许中断*/TRO=1;/*启动定时器0*/while1/*电机实际控制演示*/for i=0;i=100;i++/*正转加速*/motor1,i;delay5000;for i=100;i0;i-/*正转减速*/motor1,i;delay5000;for i=0;i=100;i++/*反转加速*/motor1,-i;delay5000;for i=100;i0;i--/*反转减速*/motor1,-i;delay5000;void timerOinterrupt1/*TO中断效劳程序*/ift=O/*1个PWM周期完成后才会接受新数值*/tmpl=ml;if ttmplenl=l;else enl=0;/*产生电机1的PWM信号*/t++；ift=100t=0;/*1个PWM信号由100次中断产生*/+5V+12V、7C4~TC5100pFO.lpFINI VSSIN2VSIN3IN4OUT1OUT2ENA OUT3ENB OUT4ISEN AGNDISEN Bi--------------------------1图L298N步进电机驱动集成电路（3-5）

1.

13.49Port1用L298驱动两台直流减速电4机的电路引脚6,9可用于PWM控制如果机器人工程只要求直行Port2Port3前进，则可将5,10和7,12两2对引脚分别接高电平和低电平，仅用单片机的两个端口给出PWM信号Port4控制6,11即可实现直行、转弯、加减速等动作图（3-6）L298电机驱动电路

3.4寻线电路的设计在实际设计中，我并没有选用ADC而是选用LM339电压比较器的方案，设计出来的电路紧凑且稳定性好LM339作为一款典型的电压比较器，内部有四个独立的电压比较器，其的特点是:

1、失调电压小，典型值为2mV；

2、电源电压范围宽，单电源为2-36V,双电源为土IV-±18V；

3、比照较信号源的内阻限制较宽；

4、共模范围很大，为0-（Vcc-

1.5V）Vo；

5、差动输入电压范围较大，最大可以等于电源电压值；

6、输出端电平可灵活方便地选用LM339类似于增益不可调的运算放大器每个比较器有两个输入端和一个输出端一个称为同相输入端（+），另一个称为反相输入端（-）o用作两个电压的比较时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压当“+〃端电压高于〃端时，输出管截止，相当于输出端开路当”-〃端电压高于“+〃端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位两个输入端电压差异超过10mV就可确保输出能够从一种状态可靠地转换到另一种状态因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的司Output2Output3Output113Output412]GNDVCC■Input1t Input1-Input24Input3♦Input2引脚图LM3393-6LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体管，在使用时输出端到正电源一般需接一只上拉电阻选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压根本上取决于上拉电阻与负载的值LM339的单相比较器电路及传输特性如图3-7所示图a给出了一个根本单限比较器输入信号Uin,即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur当输入电压oUinUr时，输出为高电平A图b为其传输特性图3-7LM339的单相比较器电路及传输特性红外线对管典型应用电路如图3-8所示图3-8红外线对管典型应用电路其中，L是红外线接收管的导通后的发射极电流输出电压为R为发射管的限流电阻，R2是输出分压电阻，Vcc是发射管供电电压，Vref是输出信号的参考电压，Vout是输出信号工作时，发射管D发射出的波长约为940nm的红外线信号经反射面传送到接收管上，反射信号的强度随反射面的材料和颜色的不同而不同，接收管的导通电阻RGB随接收到的反射信号强弱而改变，信号越强电阻越小，信号越弱电阻越大导通电阻和下拉电阻对Vref分压之后输出Vout的模拟电压信号送至LM339电压比较器的输入端实现模数信号的转换设计出的电路原理图如图3-9所示图3-9寻线传感器模块原理图机器人位置示意图如图3-10所示寻线的原理若机器人在运动时，机器人中轴线位于地面引导线上，位置状态=010,使机器人前进；若机器人中轴线位于地面引导线的左侧，位置状态=100,使机器人右转；若机器人中轴线位于地面引导线的右侧，位置状态二001,使机器人左转图3-10从上面的分析可得在寻线时，选用3只反射式红外传感器就可以实现机器人沿曲线行走当机器人偏离白线时，根据在白线上光电管的分布情况来调整机器人的行进姿态

3.5火焰检测电路的设计TTS1000和TTS2000系列热释电体两面的电极之间连接高阻抗负荷，为了将温度变化引起的外表电荷量的变化转换为输出电压的变化，内部装场效应晶体管，同时加上阻抗匹配的电路，其结构如图，TTS1000型检测温度-1FET Drx-3SGND图3-11表格3-2量程工作温度负载阻抗耐温性响应频率电压电流电压灵敏度功率/C/°C/kQ/mW/IIz/VDC/mA/V/W-100^1200-

2060100.

2550.3^100520250^400〜信号采集是系统通过红外测温传感器来测温度，如图4-4所示，左边为红外传感器组,是信号的原始采集局部，它由八个红外测温传感器组成传感器测得的信号直接输入到Atmegal28单片机A/D转换器的模拟信号输入端口电路图如图3-x所示

3.6声音报警与灭火

3.

6.1灭火驱动电路灭火风扇的驱动电路如图3-12所示其中Portl,Port2分别接到单片机的P

0.

5、P

0.6接口上单片机输出Portl,Port2控制信号用以驱动灭火电机动作由于选用的是增强型M0S管，所以，当Port信号为高时，M0S管在下开始工作，M0S导通，风扇开始动作，进行灭火；当Port信号为低时，VGS由于增强型M0S管特点，时，ii=0此时，M0S截止，风扇不动作VGS=0图3T2灭火驱动电路

3.

6.2声音报警电路声音报警电路如图3-11所示图3-13声音报警电路控制信号为“SPEAK,接至单片机的I/O口的Pl.6脚当“SPEAK为高电平时，三极管基级为高电平，此时，三极管处于截止状态，蜂鸣器不工作；当SPEAK为低电平时，三极管处于放大工作状态，驱动蜂鸣器，开始发声，蜂鸣器工作

3.7本章小结本章主要讲述了以AT89s52为主控制器，设计相关的硬件电路主要硬件电路有寻线与控制电路、电机驱动模块、火焰检测电路、灭火风扇驱动电路以及声音报警电路软件实现4本章介绍了此次毕业设计使用的编程工具Wision2IDE,介绍了主要的控制模块程序，编写相应的控制程序，主要是寻线控制程序和灭火控制程序

3.1软件开发平台介绍编程语言选用C语言汇编语言作为传统的嵌入式系统的编程语言，具有执行效率高的优点,但其本身是低级语言，编程效率较低，可移植性和可读性差，维护极不方便而C语言以其结构化,容易维护，容易移植的优势满足开发的需要MCS-51是支持C语言编程的编译器，它主要有两种Franklin C51编译器和Keil C51编译器,我们简称C5E C51是专为MCS-51开发的一种高性能的C编译器由C51产生的目标代码的运行速度极高，所需存储空间极小，完全可以和汇编语言媲美Keil软件公司提供的专用8051嵌入式应用开发工具套件，可以编译C源文件、汇编源文件、连接定位目标模块和库、生成并调试目标程序，为实际的每一种8051及其派生系列产品生成嵌入式应用系统Keil C51交叉编译器兼容ANSI（美国国家标准协会）C编译器，专用于为8051微控制器系列生成快速紧凑的目标代码使用Keil8051开发工具套件，以工程的形式组织各种文件,工程开发周期与任何其他软件开发工程的周期大致相同Wision2IDE是Keil公司提供的用于开发MCS-51系列芯片的汇编语言与C程序的集成开发环境，是标准的Windows应用程序，同其他Windows应用程序一样，Wision2IDE环境包括菜单、工具条、编辑及显示多种窗口PVision2IDE支持使用的Keil C51工具，包括C编译器、宏汇编器、连接定位器、目标代码到HEX的转换器

3.2主程序流程图主程序流程图如图4-1所不用左手法则搜索整个房间，可以容易地检测到房间各个角落，防止出现检测盲区在机器人行进过程中检测火焰，一旦发现火焰则切换到趋光程序，计算火焰位置，准确定位并启动风扇灭火,灭火后检测火焰是否被扑灭，确定火焰被扑灭后计数并回到发现火焰的位置继续搜索房间，直至扑灭所有火焰后启动回家程序，回到原始位置图4T主程序流程图

3.3寻线程序流程图寻线的程序流程图如图4-2所示机器人寻线时，由ST178红外对管检测地面引导线，反射光越强，值越大；反射光越弱，值越小程序开始，先将机器人放在引导线上，测得引导线与地面背景的值，求出平均值作为阀值若检测值大于阀值，则对应的是白色引导线，若检测值小于阀值，则对应的是深色背景通过比较三个寻线传感器的结果，来得出机器人的位置状态，从而控制机器人做出响应的动作，防止机器人脱离引导线运动机器人的控制机器人前进时，两个电机速度相同；机器人左转，左轮速度降低，右轮保持不变；机器人右转，右轮速度降低，左轮保持不变；机器人后退，电机反转电机的速度采用延时控制电机绕组电压接通与断开的时间，这样即可改变电机的平均电压到达调速的目的

3.4灭火程序流程图灭火子程序的流程图如图4-3所示当机器人检测到火焰时，由于有障碍物的存在，需要对不同坐标上的火焰分别进行判断由于设计中使用一个风扇，安装在机器人的正前方，没有使用舵机的方案，风扇只能朝前方吹风为了提高灭火的准确度，我们要让机器人正面对准火焰，否则，可能会出现长时间灭不了火的现象对火时让机器人走到火焰附近，判断左右两边火焰强度，左边火焰强，左转一点，右边火焰强，右转一点，每对一次火，前进一点

4.5本章小结本章介绍主程序设计思路与流程图，寻线程序流程图，灭火程序的流程图，编制了相关调试程序，为下一章做系统的调试工作打下基础5参考文献参考文献

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2.

103.

103.

131.

3.1LM298内部H桥原理

3.

154.

3.3L298N步进电机驱动集成电路

1.

203.

3.

6.2声音警报电路

1.2机器人技术开展及现状L

2.1机器人的开展机器人技术的开展，它应该说是一个科学技术开展共同的一个综合性的结果，同时，为社会经济开展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的开展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的开展比方说日本，战后以后开始进行汽车的工业，那么这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度,这是从社会开展需求本身的一个需求另一方面它也是生产力开展的需求的必然结果，也是人类自身开展的必然结果，那么人类的开展随着人们逐渐的这种社会开展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，来需求能够解放人的一种奴隶那么这种奴隶就是代替人们去能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技开展过程中的一个客观需要但另一方面，尽管人们有各种各样的好的想法，但是它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的开展而产生了提供了强大的技术保证那么机器人怎么产生的呢？这是在1920年，有一个捷克斯洛伐克的一个作家叫卡佩克，他写了一本科幻小说，叫《罗萨姆的机器人万能公司》这本小说中他构思了一个和梦想了一个机器人,它的名字叫罗伯特，也就是我们英文中的Robot,它可以不吃饭，它能够不知疲劳的，不知疲倦地进行工作在1920年前后，大家也知道是在第一次世界大战以后，是各国工业开展比较迅速的时期，我们看到电影《摩登时代》，卓别林主演的人变成了机器人，在生产线中天天的进行劳动人们在这种烦躁的体力劳动中就梦想有一种能代替人完成这样工作的想像、一种需要，这个小说在1924年和1927年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家，还变成了一种当时的木偶剧和一些话剧，所以这样的一个机器人的名词就向全世界铺展开来，当时人们还认为是一个科幻小说，还没有把它跟我们日常的学习工作和生产结合起来在20世纪70年代到20世纪80年代初期，工业机器人变成产品以后，得到全世界的普遍应用以后，那么很多研究机构开始研究第二代具有感知功能的机器人，出现了瑞典的ABB公司，德国的KUKA机器人公司，日本几家公司和日本的FUNAC公司，都在工业机器人方面都有很大的作为，同时我们也看到机器人的应用在不断拓宽，它已经从工业上的一些应用，扩展到了效劳行业，扩展了它的作业空间，向海洋空间和效劳医疗等等行业的使用所以从这张图可以看出机器人开展的几个过程那么总结一下，我们认为，机器人有三个开展阶段，那么也就是说，我们习惯于把机器人分成三类，一种是第一代机器人，那么也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人,这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比方说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来,它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色抓一个鸡蛋，它能通过一个触觉，知道它的力的大小和滑动的情况那么第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的开展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的开展，智能的概念越来越丰富,它内涵越来越宽那么从三代机器人开展过程中，从另一个方面，我们对机器人从应用的角度进行了分类，比方说工业机器人，它包括点焊、弧焊、喷漆、搬运、码垛，在工业现场中工作的这种机器人，我们统称为工业机器人，那么从不同的应用中，到水下去作业的叫水下机器人，到空间作业的叫空间机器人,同时又存在农业、林业、牧业，对医疗机器人叫医用机器人，还包括娱乐机器人，建筑和居室上用的机器人，所以从应用分类，它包括从行业、应用角度，也可以进行这样简单的分类

1.

2.2灭火机器人近几十年中，大量的高层、地下建筑与大型的石化企业不断涌现由于这些建筑的特殊性，发生火灾时，不能快速高效的灭火为了解决这一问题，尽快救助火灾中的受害者，最大限度的保证消防人员的平安，消防机器人研究被提到了议事日程而机器人技术的开展也为这一要求的实现提。