火灾预警机器人设计

火灾预警机器人设计

沈 阳 工 程 学 院

课 程 设 计

设计题目： 火灾预警机器人设计

系 别 测控技术与仪器系 班级 测控本101 学生姓名 张淼龙 学号 2010312139 指导教师 祝尚臻 职称 讲师 起止日期：2011年7月15日起——至2011年7月19日止

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火灾预警机器人设计

沈阳工程学院

课程设计任务书

课程设计题目： 火灾预警机器人设计

系 别 测控技术与仪器系 班级 测控本101

学生姓名 张淼龙 学号 2010312139 指导教师 祝尚臻 职称 讲师 课程设计进行地点： F430 任 务 下 达 时 间： 2013 年 7 月 15 日

起止日期：2013 年 7 月15日起——至 2013 年 7 月19日止

教研室主任 年 月 日批准

II

火灾预警机器人设计

火灾预警机器人设计

1 设计主要内容及要求

1.1设计目的：

（1）了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。

（2）初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于所设计的机器人中。

（3）通过学习，具体掌握机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。

1.2基本要求：

（1）要求设计一个具有火灾预警灭火功能的机器人；

（2）要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。 （3）要求机器人具有火灾预警功能，避障功能（不能撞到障碍物上），模拟灭火功能。

1.3发挥部分：

自由发挥

（1）声控启动，完成在房间内寻找火源并将火扑灭在扑灭火源以后停止工作。

（2）通过在灭火风扇的两侧安装两个火焰传感器，在风扇轴的下部安装舵机，通过火焰传感器采集的外部数据，舵机控制风扇旋转至火焰较多的方向，实现更有效的灭火。 （3）小车不仅能够直线前进，而其能够在原地进行360°自由转向

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火灾预警机器人设计

2 设计过程及论文的基本要求：

2.1 设计过程的基本要求

（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；

（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；

（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。

2.2 课程设计论文的基本要求

（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。

（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。

(3)时间进度安排

顺序 1 2 3 4 5 阶段日期 2013.7.15 2013.7.16 2013.7.17 2013.7.18 2013.7.19 计 划 完 成 内 容 讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误 继续修正逻辑图，指导原理图绘制方法，布置答辩 答辩、写报告 备注 打分 打分 打分 打分 检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解原理图绘制及报告书写 打分 2013-7-15

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火灾预警机器人设计

沈 阳 工 程 学 院

火灾预警机器人课程设计成绩评定表

系（部）： 测控技术与仪器系 班级： 测控本101 学生姓名：张淼龙

指 导 教 师 评 审 意 见 评价 内容 具 体 要 求 权重 0.1 5 评 分 4 3 2 加权分 调研 能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案论证 和日程安排。 工作工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能能力 够独立完成设计工作， 态度 工作量 按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。 0.2 5 4 3 2 0.2 5 4 3 2 说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表质量 完备，书写工整规范。 0.5 5 4 3 2 指导教师评审成绩 （加权分合计乘以12） 指 导 教 师 签 名： 分 加权分合计 年 月 日 评 阅 教 师 评 审 意 见 评价 内容 查阅 文献 工作量 具 体 要 求 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 工作量饱满，难度适中。 权重 0.2 0.5 评 分 加权分 5 5 5 4 4 4 3 3 3 2 2 2 说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表质量 完备，书写工整规范。 0.3 评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以8） 评 阅 教 师 签 名： 分 加权分合计 年 月 日 V

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课 程 设 计 总 评 成 绩 分 VI

火灾预警机器人设计

中 文 摘 要

在现代工业生产中，机器人已成为人类不可或缺的好帮手；在航空航天、海底探险中，机器人更是能完成人类所难以完成的工作。随着计算机、人工智能和光机电一体化技术的迅速发展，机器人已经不仅仅局限于在工业领域的应用，它还将发展成具有多传感器的智能型机器人。

人工智能是一门研究人类智能机理和如何用计算机模拟人类智能活动的学科。经过50多年的发展，人工智能已形成极广泛的研究领域，并且取得了许多令人瞩目的成就。智能机器人技术综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感器技术、人工智能、仿生学等多学科结合形成的高新技术，集成了多学科的发展成果，代表高技术的发展前沿。智能机器人的研究，大大促进了人工智能思想和技术的进步，渐渐成为一个备受关注的分支领域。

火灾预警机器人技术是将传感器技术、通讯技术和智能化信息、单片机处理技术应用于火灾预防、拯救的一项综合性技术。它集计算机技术、位处理技术控制检测技术、现场总线技术、通讯技术、人工智能技术、网络技术于一体，具有速度快、精度高、实时性好、可直接与城市消防中心的计算机联网等突出优点，充分体现了火灾预警控制系统以预防为主、及时发现火情，及时控制火情、有效保护社会财产的安全发挥了巨大的作用。

关键词 智能型机器人 多学科结合 火灾预警 保护社会财产

VII

火灾预警机器人设计

目 录

火灾预警机器人设计 ..................................................................................................................... III

1 设计主要内容及要求 .......................................................................................................... III 2 设计过程及论文的基本要求： ......................................................................................... IV

2.1 设计过程的基本要求 .............................................................................................. IV 2.2 课程设计论文的基本要求 ...................................................................................... IV

中 文 摘 要 ................................................................................................................................. VII 目 录 .......................................................................................................................................... VIII 1设计目的及基本要求 ................................................................................................................... 1

1.1设计目的 ............................................................................................................................ 1 1.2基本要求 ............................................................................................................................ 1 1.3 发挥部分 ........................................................................................................................... 1 2 设计思路 ...................................................................................................................................... 2

2.1系统总体结构的设计 ........................................................................................................ 2 2.2环节设计及思路 ................................................................................................................ 3 3 软件流程图 .................................................................................................................................. 4 4各部分程序设计 ........................................................................................................................... 5

4.1 火焰探测部分 .................................................................................................................... 5 4.2小车驱动部分 .................................................................................................................... 6

4.2.1直流电机的结构特点 ............................................................................................ 6 4.2.2直流电机的机械特性 ............................................................................................ 7 4.2.3 直流电机驱动电路 ............................................................................................... 7 4.2.4 电机驱动电路的设计 ......................................................................................... 8 4.2.5 语音辨识电路 ....................................................................................................... 9 4.3小车寻火部分 .................................................................................................................... 9 4.4小车灭火部分 .................................................................................................................. 11 4.5小车声光报警部分 .......................................................................................................... 12 5 工作过程分析 ............................................................................................................................ 13

5.1软件控制器的选择 .......................................................................................................... 13 5.2软件控制灭火机器人寻找火源流程图 .......................................................................... 14 5.3 避障行走灭火子程序流程图 ......................................................................................... 15 6 实际灭火问题 ............................................................................................................................ 16 7 主要元器件介绍 ........................................................................................................................ 18

7.1 PbS光敏电阻简介 ............................................................................................................ 18 7.2 LM298电机驱动芯片简介 ............................................................................................... 18 小 结 .............................................................................................................................................. 19 致谢 ................................................................................................................................................ 20 参考文献 ........................................................................................................................................ 21 附录 ................................................................................................................................................ 22

VIII

火灾预警机器人设计 1设计目的及基本要求

1.1设计目的

（1）了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。

（2）初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于所设计的机器人中。

（3）通过学习，具体掌握机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。

1.2基本要求

（1）要求设计一个具有火灾预警灭火功能的机器人；

（2）要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。 （3）要求机器人具有火灾预警功能，避障功能（不能撞到障碍物上），模拟灭火功能。

1.3 发挥部分

（1）声控启动，完成在房间内寻找火源并将火扑灭在扑灭火源以后停止工作。 （2）通过在灭火风扇的两侧安装两个火焰传感器，在风扇轴的下部安装舵机，通过火焰传感器采集的外部数据，舵机控制风扇旋转至火焰较多的方向，实现更有效的灭火。

（3）小车不仅能够直线前进，而其能够在原地进行360°自由转向

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火灾预警机器人设计

2 设计思路

2.1系统总体结构的设计

本次设计的题目是火灾预警机器人，总体要实现的设计要求为机器人在启动后通过火焰传感器，烟雾传感器寻找到附近能够探测到的火源，然后通过距离传感器，避障传感器，控制小车到达火焰的附近，再通过风扇将前方的火焰扑灭，在整个过程中，小车拉响蜂鸣器和报警灯，总体结构的方框图如下：

信 号 采 集 电 路 设 计 声 光 报 警 电 路 设 计 电 机 驱 动 模 块 设 计 距 离 传 感 器 模 块 设 计 避 障 传 感 器 模 块 设 计 驱 动 灭 火 电 路 设 计 图2.1总体设计方块图

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火灾预警机器人设计

2.2环节设计及思路

在此次设计中，我将涉及的环节分为大致四个部分：即火焰检测部分，报警部分，驱动和避障部分，灭火部分，各部分的环节设计和部件选择将在下面做简要叙述，具体的内容在第四部分的硬件设计中指出。

火焰检测部分：由于燃烧的明火状态，应在第一时间感应到，所以在传感器的选择上我选择了光敏电阻对明火感应，它能立即产生跳变信号输入给控制器。

报警部分：当传感器发现有燃烧状况时，必须要发出报警信号以提示室内人员进行疏散和就火行动。所以报警功能相当重要。声光报警电路主要是通过送给单片机一个信号，然后利用I/O连接LED灯，进行闪烁报警，和搭建电路连接蜂鸣器进行声音报警。由于蜂鸣器的声音过小，我选择在蜂鸣器前加一个KD9561构成音响报警电路。

驱动和避障部分：经过反复考虑论证，我制定了左右两轮分别驱动，前后万象轮转向的方案，即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，前后装两个万象轮。这样，当两个直流电机转向相反，同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松实现小车坐标不变的90度和180度转弯。

在安装时并不把两个万象轮安装在同一平面上，小车前进时，左右两驱动轮和前万象轮形成三点结构，这种结构使小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心偏移，后万向轮起支撑作用。

灭火部分：我选用了风扇对火焰进行灭火，因为可以通过单片机的编程灵活控制风扇的风量大小，而且轻便安全，不会造成资源的浪费。

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火灾预警机器人设计 3 软件流程图

开始 程 序 初 始 化 否 是否有信号输入 是 A/D 转 换 调用声光报警子程序 启 动 寻 火 程 序 左转或右转避开障碍 是 前方是否有障碍 否 是否检测到火源 是 启 动 灭 火 通过舵机控制风扇方向灭火 是

是否检测到火源 否 结 束 图3.1 软件流程图

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火灾预警机器人设计 4各部分程序设计

4.1 火焰探测部分

火焰是由各种燃烧生成物、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。 不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的 1 ～ 2 μ m 近红外波长域具有最大的辐射强度.

图4.1所示为采用光敏电阻作为检测元件的火焰监测报警器的电路图。PbS光敏电阻的暗电流为1MΩ，亮电阻的阻值为0.2MΩ（辐照度1mW/cm2下测试），峰值相应波长为2.2μm，恰为火焰的峰值辐射光谱。

由V1、电阻R1、R2和稳压二极管VDW构成对光敏电阻R3的恒压偏置电路。恒压偏置电路具有更换光敏电阻方便的特点，只要保证光电导灵敏度Sg不变，输出电路的电压灵敏度就不会因为更换光敏电阻的阻值而改变，从而使前置放大器的输出信号稳定。当被监测物体的温度高于燃点或点燃处发生火灾时，物体将发生波长接近于2.2μm的辐射（或“跳变”的火焰信号）。该辐射光将被PbS光敏电阻R3接受，使前置放大器的输出跟随火焰“跳变”的信号，并经电容C2耦合，送给由V2、V3组成的高输入阻抗放大器放大。火焰的“跳变”信号被放大后送给控制检测中心的放大器，并由控制监测中心发出火灾警报信号和执行灭火动作

图4.1 明火检测报警器

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火灾预警机器人设计

4.2小车驱动部分

直直

图4-2 机器人的轮子分布 图4-3 机器人的电机驱动

经过反复考虑论证，我制定了左右两轮分别驱动，前后万象轮转向的方案，即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，前后装两个万象轮。这样，当两个直流电机转向相反，同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松实现小车坐标不变的90度和180度转弯。

在安装时并不把两个万象轮安装在同一平面上，小车前进时，左右两驱动轮和前万象轮形成三点结构，这种结构使小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心偏移，后万向轮起支撑作用。

4.2.1直流电机的结构特点

1－电枢绕组； 2－电枢铁心； 3－机座；

4－主磁极铁心； 5－励磁绕组； 6－换向极绕组； 7－换向极铁心； 8－主磁极极靴； 9－机座底脚

图4-4 直流电机的工作原理

输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

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4.2.2直流电机的机械特性

图4-5直流电动机的机械特性 图4-6 PMW脉冲宽度调制示意图

（1）额定功率：是指轴上输出的机械功率，单位为kW。

（2）额定电压：安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为V(伏)。 （3）额定电流：允许流过的最大电流，单位为A(安)。

（4）额定转速：额定转速是指电机在额定电压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机的旋转速度，单位为rpm(转/分)。

4.2.3 直流电机驱动电路

图4-7 电机驱动流程

所谓 H 桥驱动电路是为了直流电机而设计的一种常见电路，它主要实现直

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流电机的正反向驱动，其典型电路形式如下图：

图4-8 H桥驱动原理图

开关 A、D接通，电机为正向转动，

开关B、C接通时，直流电机将反向转动。

刹车 —— 将B 、D开关（或A、C）接通，则电机惯性转动产生的电势将被短路，形成阻碍运动的反电势，形成“刹车”作用。

惰行 —— 4个开关全部断开，则电机惯性所产生的电势将无法形成电路，从而也就不会产生阻碍运动的反电势，电机将惯性转动较长时间

4.2.4 电机驱动电路的设计

我们采用电机驱动芯片L298N作为电机驱动，驱动电路的设计如图4-9所示：

图4-9 L298电机驱动电路

L298N的5、7、10、12四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可以实现两个直流电机的正反转。

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火灾预警机器人设计

4.2.5 语音辨识电路

我采用的语音播放和语音辨识的电路与单片机的接口电路如图4-10所示：

图4-10 语音播放和辨识电路

机器人检测到语音信号后通过软件识别进行启动和停止。 检测到火焰后通过语音播放报警。

4.3小车寻火部分

在小车的寻火部分中，主要由两个器件完成该功能，一个是距离传感器，还有一个是避障传感器。

距离传感器是利用测时间来实现测距离的原理，是检测物体的距离的一种传感器。通过发射特别短的光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间来计算与物体之间的距离。

图4.11 GP2Y0A21距离传感器

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图4.12是采用三个红外传感器BZ-05D对障碍物进行检测。红外传感器有一个发射端和一个接收端。当检测到前方有障碍物时发给控制器单片机一个信号来控制转向。选用三个传感器的目的是在前方和左右两侧都可以进行检测来更好的控制前进方向。

给单片机I/O+15V321321BZ-05DBZ-05DBZ-05D321

图4.12 避障模块电路

图4.13 小车的避障传感器

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4.4小车灭火部分

在小车的灭火部分中，我反复思考，最终决定采用风扇灭火，因为利用泡沫，水灭火的话不仅会因为重量大影响小车的前进的速度，而且没有风扇那么环保。风扇可以通过单片机的控制来实现风量大小的调节，在这个环节，我有一个创新的想法，就是在风扇的杆的两侧加两个火焰传感器，再用一个舵机来控制风扇杆的转动。在灭火过程中，肯定有先扑灭的火焰，当一边的火焰先被扑灭后，通过火焰传感器采集的数据来控制舵机对杆的旋转角度的控制，风扇会转向火焰较大的一边，这样大大提高了灭火的效率。

图4.14 小车的灭火风扇

图4.15 灭火风扇的电路图

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4.5小车声光报警部分

小车在从检测到火焰到火焰扑灭的过程中，小车应该全程开启声光报警模式，即有蜂鸣器和警报灯工作，提醒用户有火灾发生。

图4.16 小车的警报灯

报警灯的使用范围：广泛使用于各种特殊场所做警示作用，也适合于市政，施工作业和监护，救护，抢险工作人员作信号联络和方位指示之用。它的特点是使用方便，体积小，重量轻，携带方便。

图4.17 KD9561蜂鸣音乐片

KD9561是一片CMOS四音音乐IC，用示波器观察其输出端波形为变频方波信号，可以认为是逻辑电路中的数字信号。TWH8778是大功率开关IC，很适合处理数字信号，并因其输入阻抗高而能直接与CMOS IC连接，KD9561输出的最高频率不过为几千赫兹，TWH8778最高可工作于15千赫兹，因此前者控制后者又不存在数字信号的处理时间问题，故将两者相结合，可构成开关放大式警音发生器。如用于警车、救护车、救火车等警报发生器。与其它线性音频功放相比较，具有结构简单、效率高、性价比优异这几项突出的优点，虽音质不尽完善，但用于警报发生器却无高保真之需，此放大器输出之功率用于一般警音已可满足要求。

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火灾预警机器人设计 5 工作过程分析

5.1软件控制器的选择

采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器而用凌阳单片机作为辅助控AT89S52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8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256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO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。

为了同时方便使用语音的播报和识别，我选择了SPCE061A精简开发板8 －61B板。61B板上配有喇叭插座、麦克风等。用户只需使用在线调试器，不用再外接任何器件即可以完成语音录放等功能。该精简系统板体积小，功能齐全，资源丰富。能够满足系统的要求。

Atmel公司的AT89S52是51内核的单片机。不用烧写器而只用串口或者并口就可以往单片机中下载程序。我们所设计的51最小系统板操作简单，使用方便。我们的自制下载线可以将并口转化为7线下载口。这样可以非常方便的实现通过PC机的并口往单片机中下载程序。51最小系统板及并口转下载线的示意图如图5-1所示：

图5.1 单片机与并口连线图

将并口线的1、14、15、16、17和RST、地线通过74LS373锁存器引出，做成七线下载头。其中并口的14、15和16引脚与单片机的P1口的5、6、7脚相连，再将所有的地共地。这样通过89S52的下载软件就可以方便的实现往S52中下载程序。

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火灾预警机器人设计

5.2软件控制灭火机器人寻找火源流程图

图5.2 机器人沿右墙寻找火源流程图

(1)若正前距离很大，同时右前的距离稍小时，太靠近右墙，执行左转微调； (2)若正前距离很大，同时右前的距离稍大时，太靠近左墙，执行右转微调； (3)若正前距离很大，右前距离适中，就直行；

(4)若正前距离特别小，同时右前距离特别小时，使机器人稍后退可以防碰撞；

(5)若正前距离比较小，右前距离也比较小时，机器人左转； (6)右前距离很大时，机器人执行右转弯。

其中：(1)～(3)保证了在走直线时可以走直，通过不断调整，使机器人始终运行在距离墙10～15 cm的位置。(4)～(6)保证了机器人顺利拐弯和进房间。几种沿墙走配合使用就可以实现全部房间的遍历和回家，再加上灭火的模块就完成了整个灭火任务。

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火灾预警机器人设计

5.3 避障行走灭火子程序流程图

图5.3 避障行走子程序流程图

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火灾预警机器人设计

6 实际灭火问题

图6.1 灭火原理电路

如图6-1所示，其中VD3为接受红外线的二极管，R1，R2，R3为电阻，V1，

V2为NPN型晶体管，V3为PNP型晶体管，M为灭火用的风扇电动机，C1，C2为滤波电容。当用跳线将接口CHOOSE中的引脚1，2连接上，右侧电路就成为一个独立的灭火单元。下面就来具体分析一下这个独立灭火电路，当没有红外线照射到VD3上时，二极管关断，没有电流通过，风扇电动机不动，当有火源靠近二极管VD3时，随着距离的接近，VD3接收的红外线越来越多，当达到一个额定值时，VD3导通，通过VD3的电流被两极放大6以后用来控制电扇电动机的启动，这就是上述电路的原理。

但是实现的灭火工作是一个动态的过程。当二极管VD3接收到的红外线到达额定的数量时，灭火风扇将被启动，风扇工作以后，火焰在风扇的作用下变小，从而使二极管VD3接收不到足够的红外线。二极管因此将关断，而之前风扇工作不足以将火焰完全吹灭，火焰会逐渐恢复，当二极管VD3接收到的红外线达到额定数量时，风扇将继续启动，从而形成一个反复的过程。因此，上述电路不能起到真正的灭火作用。

为了提高电路的工作效率，如图6-1所示，在电阻R1两端并联了一个470uF的电容，用来增加风扇的工作时间，从而可以一次性地将火焰吹灭。加了一个电容后，当电源靠近红外线接收管VD3时，风扇并不会马上工作，需要给电容充电，电容充电是一个比较缓慢的过程，随着电容值的增加，充电时间逐渐变长，因此经过一段时间以后，电容两端的电压达到可以驱动电扇电动机工作时，风扇将工作一段时间，从而将火焰一次吹灭。如果火焰仍然死灰复燃，可以通过增大

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火灾预警机器人设计

电容的电容量来实现灭火的功能。

前面介绍了一种如何用简单的元器件来组成一个自行灭火的电路的设计方法，但在实际应用中，这种方法受到电容充电时间的限制，不能实现实时性的控制。下面来接收介绍一种实时性的控制方法。

如图6-1所示，可以用跳线将接口CHOOSE中的引脚2，3接上，引脚3为单片机的一个引脚。用红外线检测管VD1和VD2同时做为火焰检测器件，将他们同时对准风扇的正前方。当风扇的正前方有火焰时，单片机会接收到二极管VD1和VD2同时导通的信号反馈，此时让单片机控制风扇工作一段时间，直到将火焰吹灭为止。这种方法的的好处是可以精确控制风扇电动机转动的时间，并且可以通过反复检测，知道将火焰吹灭为止，保证了灭火的成功率。

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火灾预警机器人设计 7 主要元器件介绍

7.1 PbS光敏电阻简介

外形尺寸：5mm

F峰值相应波长：2.2?m

亮电流： 30 uA ~40 uA、40 uA ~50uA 、50 uA ~60uA 暗电流：<0.1 uA, 亮电阻：0.2M? 暗电阻：>1M ? 响应时间：<15us

图8.1 PbS光敏电阻

7.2 LM298电机驱动芯片简介

LM298是SGS公司的产品。其内部包含有4个通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。

VVLM298可接受标准TTL逻辑电平信号ss，ss可接4.5~7V电压。电压范围为2.5~46V。输出电流可达到2.5A，可驱动电感性负载。LM298可驱动2个电动机，OUT1,OUT2,OUT3和OUT4之间可分别接电动机。

图8.2 LM298芯片

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火灾预警机器人设计

小 结

为期一周的机器人课设结束了，课设的内容需要我们对机器人的各种传感器有一定的了解。 通过复习了机器人的编程和灭火机器人的工作原理，使我大概对我的设计有了思路，我的设计程序实现有火焰检测部分，报警部分，驱动和避障部分，灭火部分，是一次真正的学习与实践相互结合的过程。

我对设计的总体思路花费了很长时间，复习机器人这一门课程学习的知识，我了解了机器人的各种传感器的功能及工作原理。每个程序的设计都要有完整的设计流程，这样才能在编程时有良好的思路，便于查找出错的原因。这次课程设计给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，增强了我独立思考自己动手的能力。

在设计过程中我更多的学会了耐心的重要，很多次因为找不到出错的地方而急躁，这让知道了对程序的设计要一步一步来，不能急躁，虽然不是刚接触机器人这项新兴事物，但是做起来困难也很大，我们组所做的设计要求我们有个良好的心态自觉去学，所以在不断的请教和查资料的情况下终于完成了相关工功能的设计。

这次所设计的火灾预警机器人能通过火焰传感器发现火源所处位置，通过电机驱动和躲避障碍功能抵达火源所在处，通过单片机的控制使机器人发出报警蜂鸣，指示灯闪烁以及风扇吹灭火源。

这次课程设计不仅让我们更深一步的了解了机器人的应用等，还让我们对许多传感器有了更深一步的认识，是一次收获良多的过程。

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火灾预警机器人设计

致谢

时光如水，岁月如歌，一周机器人课程设计在不知不觉中过去了，我在本周的课程设计中所学习到的东西，远远的超过的在课上所学的理论知识，而且也深刻地认识到了理论与实践之间的差距。

在此我要衷心地感谢我的指导老师祝尚臻老师，刚刚设计的时候，几乎每一个人对于所设计的题目都是一头雾水，真的不知道应该怎么去做，但是在第一节课的时候，祝老师的一番点评使我们对课设的题目有了自己的想法与思路。在接下来的几天里，祝老师每天都检查我们完成任务的情况，发现问题立刻纠正。他的敬业精神，以及工作上一丝不苟的态度，深深的感染着我们每一个人。还有他对同学们提出问题是耐心解答的时候都给我们留下了深刻的印象。在这里我要向您真诚的说一声“谢谢”，谢谢您的教诲与指导。

我还要感谢的是我们组的所有成员，在我们组中的每一个成员都细心的研究与相互探讨，在遇到不懂的问题的时候我们每一个都耐心的查阅资料，直到解决问题为止。在我们的相互研究与探讨中我们增长了许多原来不知道的知识，在我们的相互帮助中我们才能顺利完成我们的课程设计任务，所以我要感谢他们中的每一个人。

虽然这一周不好过，每个人都很疲惫，但还是要感谢我们的学校，学校给予了我们一次这样珍贵的机会，让我们能够实际的完成一次机器人设计，在此过程中，我们学到很多东西，最重要的是学习到了如何自学，如何让小组的优势得到最大的发挥，众所周知自学能力在以后的工作过程中是十分重要的。非常希望学校能够多给我们一些这样的机会，让我们能够真正地提高自身的能力！

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火灾预警机器人设计

参考文献

[1] [2] [3] [4]

张毅. 移动机器人技术.北京: 清华大学出版社,2001

谢村禧. 机器人技术及其应用.北京:电子工业出版社,2000

陈尔绍, 吴冠. 传感器使用装置.北京: 北京航空航天2大学出版社,2002 何希才, 张常年. 传感器及应用电路. 北京: 化学工业出版社,2002

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火灾预警机器人设计

附录

123456D1D78D125D3321220v37.5v44D491LM7805310211P0.0VccP0.1P1.0P1.1P1.2R14POT2P1.3P1.4P1.5P1.4P1.5P1.6RESETP1.7P0.2P0.3C8051P0.4P0.5P0.6P0.7P0.1P0.2P0.3D1R15LEDVCCSHT1VCCP0.213P0.4P0.3P0.5P0.6P0.7140.1K12GNDSCKGNDVDDDATAC5CAP6D2C3100uC4470uR131KRb=117TLC555C1521nF1516TRDGNDUccCORTHOUT371819NPN风扇1K1SOURCE VOLTAGE+12P1.6P1.720C8+5vCQ2NPNRELAY-SPDT+86+5vGNDC6100uFJ1+C70.1uP0.4100uFC9R24RES2R25RES20.1uFLM298VSSVSOUT1OUT2OUT3OUT4ISENAISENB94231314115571012+12R21RES1AR1R22RES1OPAMPBU1R20RES1R23D19LEDBELLRES1BQ1PNP8+5v611IN1IN2IN3IN4ENAENBGNDD2DIODED12DIODED14DIODED16DIODEM2DIODE21M2D11DIODED13DIODED15DIODED17DIODED18+12Ra=1VCCR18RES1R17P1.4RES1R19RES1ATitleASizeBDate:File:12345NumberRevision14-Jul-2011Sheet of D:\\DESIGN EXPLORER99SE\\EXAMPLDrawES\\BnABCKy:UP~1.DDB6 22

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