基于單片機(jī)控制的滅火機(jī)器人

摘要 該滅火機(jī)器人由STC89C52單片機(jī)芯片作為控制核心。通過滅火機(jī)器人上火焰?zhèn)鞲衅鞲惺芑鹧鎻?qiáng)度，再通過比較器比較機(jī)器人不同點(diǎn)感受火焰強(qiáng)度，輸送給單片機(jī)高低電平，由單片機(jī)控制機(jī)器人的前進(jìn)方向，自動(dòng)尋找到火源，在機(jī)器人前進(jìn)過程中通過紅外避障模塊，可以有效避免碰撞。當(dāng)達(dá)到火源邊界，通過灰度傳感器給單片機(jī)信號，啟動(dòng)滅火程序，有效完成滅火功能。

關(guān)鍵詞 STC89C52 火焰?zhèn)鞲衅?灰度傳感器

中圖分類號：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Fire-fighting Robot Based on Single-chip Control

ZHENG Lan， ZHENG Yang

(Joint Institute of Anhui Communication and Information Technology， Hefei， Anhui 230601)

AbstractThe fire fighting robot takes the STC89C52 single chip as the control. Extinguishing the flame sensor on the robot through the feelings of the flame intensity， and then compares the robot by comparing the difference between feeling the flame intensity， low and high transmission to the microcontroller， the microcontroller to control the robot's forward direction， automatically find the fire， the robot forward process through the infrared obstacle avoidance module， can effectively avoid the collision. When the fire reached the border， through the gray sensor signal to the microcontroller to start the fire fighting procedures， effectively complete fire fighting capabilities.

Key wordsSTC89C52; flame sensor; gray-scale sensor

0 引言

隨著社會與國家的發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)迅速增長的同時(shí)，各種危險(xiǎn)場所不可避免的火災(zāi)頻繁出現(xiàn)，給社會安全造成了很多隱患，于是現(xiàn)代火災(zāi)及時(shí)補(bǔ)救已成為迫在眉睫需要解決的問題，救火早一刻就少一分損失，消防救援人員固然速度已經(jīng)很快，但也需要一段不小的時(shí)間，而且進(jìn)入救火現(xiàn)場還有生命危險(xiǎn)的可能，于是消防機(jī)器人的理念誕生了，本設(shè)計(jì)主要就是針對消防機(jī)器人的制作與研究，小車以STC89C52單片機(jī)為控制核心，加以電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、光電傳感電路、火焰檢測電路、滅火風(fēng)扇以及其它電路構(gòu)成。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

滅火機(jī)器人小車采用后輪驅(qū)動(dòng)，左右后輪各用一個(gè)直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)制后面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的。在車體前部裝有三個(gè)火焰?zhèn)鞲衅鳎ㄟ^火焰?zhèn)鞲衅鞲惺艿降没鹧鎻?qiáng)度，再通過比較器比較機(jī)器人不同點(diǎn)感受火焰強(qiáng)度，輸送給單片機(jī)高低電平，由單片機(jī)控制機(jī)器人的前進(jìn)方向，自動(dòng)尋找到火源，在機(jī)器人兩側(cè)放有紅外避障模塊，可以有效避免碰撞。當(dāng)達(dá)到火源邊界，通過灰度傳感器給單片機(jī)信號，啟動(dòng)滅火程序。小車自帶風(fēng)扇啟動(dòng)，有效完成滅火任務(wù)，然后繼續(xù)尋找下一火源。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片的選擇

本次設(shè)計(jì)的主控芯片為一種低功耗、高性能微控制器STC89C52。STC89C52基于8051內(nèi)核，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)。它使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，具有8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

2.2 車體的設(shè)計(jì)

在本次滅火機(jī)器人制作過程中，我們采用前面一個(gè)萬向輪，后面兩個(gè)同型號直流減速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)的方案。這樣，當(dāng)我們通過單片機(jī)I/O口控制兩個(gè)直流減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和直行。

2.3 電源電路

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源模塊我們采用12V鋰電池供電，經(jīng)DC/DC隔離穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后給直流減速電機(jī)供電。該模塊有著良好的電磁兼容性和極低的紋波噪聲，穩(wěn)壓精度高。無需外接任何外圍元件即可工作，具有過流、過壓及輸出短路、過載保護(hù)電路、自恢復(fù)等，特別適于A/D和D/A電路。

單片機(jī)系統(tǒng)所需要的為5V電壓，我們用9V鋰電池通過L7805穩(wěn)壓芯片，將其電壓降至5V，以滿足其供電要求。

2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N芯片驅(qū)動(dòng)。L298N是SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)集成電路，其內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，可以直接對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)。L298N額定工作電流為1A，最大可達(dá)1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大36V。L298還有自我保護(hù)功能，當(dāng)自身過熱時(shí)可自動(dòng)斷開。在使用過程中，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們加裝了片外續(xù)流二極管。為了實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速我們可用單片機(jī)輸出兩路PWM驅(qū)動(dòng)L298N。通過改變PWM調(diào)制脈沖占空比，還可以實(shí)現(xiàn)不同輪子的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向。

圖2L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理圖

2.5 遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅?/p>

遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅骼眉t外敏感型元件對紅外信號強(qiáng)度的檢測并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可以識別的信號，從而來檢測火焰信號。遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y波長在700nm ~ 1000nm范圍內(nèi)的紅外線，探測角度為60€?，其譃a焱庀卟ǔぴ?80nm附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。

方案一：采用ADC0809對火焰?zhèn)鞲衅餍盘栠M(jìn)行采集，通過對不同位置的火焰?zhèn)鞲衅麟妷褐荡笮”容^，輸送給單片機(jī)不同的電壓信號，控制機(jī)器人向火源運(yùn)動(dòng)。該方案對火焰?zhèn)鞲衅饕筝^高，且ADC0809算法較為繁瑣，實(shí)用性不是很好。

方案二：采用LM358芯片，使得火焰?zhèn)鞲衅鬏敵鲭妷罕容^，容易區(qū)分。通過單片機(jī)的處理，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

2.6 灰度傳感器

灰度傳感器是模擬傳感器，有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上。灰度傳感器利用不同顏色的檢測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值也不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測。由比較器比較，輸出得到是否到達(dá)火源，啟動(dòng)滅火程序。

3 結(jié)論

本文提出了以STC89C52為控制核心，小型直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，價(jià)格低廉、簡單實(shí)用的滅火機(jī)器人制作方案。該滅火機(jī)器人對工業(yè)智能機(jī)器人領(lǐng)域也具有一定的參考實(shí)用價(jià)值。

本文基于安徽三聯(lián)學(xué)院校級項(xiàng)目《基于單片機(jī)控制的滅火機(jī)器人》

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