智能消防机器人16869.docx

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1、智能消防防机器人人目录第一章 引言言.21.1 课题题背景21.2 Inntellliggentt Deesiggn aand mannufaactuure of eleectrric carrs FFiree.21.3 实现现功能31.4 模拟拟房子介介绍3第二章 系统整体体方案设设计.442.1 系统硬件件设计.42.2 系统软件件设计.4第三章 硬件设设计.553.1 电源管管理模块块5 33.111稳压芯芯片LMM78005、778066CV53.122电源模模块电路路原理图图.553.2 电机驱驱动芯BBTS779600.63.211 BTTS79960的的逻辑功功能.663.222

2、 外形形及封装装.63.233BTSS79660电路原原理图.773.3地地面灰度度检测传传感器 ST1188.73.3.1 SST1888特点点.73.3.2 检检测原理理73.3.3 应应用范围围73.3.4 外外形尺寸寸（单位位mm）73.3.5 SST1888原理理图.83.4火火焰传感感器.83.4.1火焰焰传感器器使用.83.5报报警电路路.8第四章软软件设计计94.1 灭火机机器人行行进路线线分析94.2 软件流流程图114.3软软件开发发平台介介绍.11第五章调调试记录录及实验验心得1225.1 调试记记录.12参考文献献.113附录: 程序清清单.13第一章 引引言1.1课课

3、题背景景如今国内内外对消消防设备备的研究究越来越越重视，投投入也越越来越多多。慢慢慢趋向于于自动化化、智能能化。实实现灭火火、火场场侦查、危危险物品品泄露探探测、破破拆等功功能。本本文设计计主要完完成的功功能是扑扑火救人人。本设计是是基于SSTC889C552单片片机对电电动车进进行控制制的自动动控制系系统，研研究的内内容有：主要方方案论证证、硬件件设计、软软件设计计、系统统实物调调试。硬硬件设计计主要有有电机驱驱动电路路、热光光源采集集电路、声声音采集集电路、电电风扇驱驱动电路路、停车车信号采采集电路路、LCCD显示示电路、电电源电路路及单片片机最小小系统。本本系统以以STCC89CC52单

4、单片机作作为控制制核心，通通过接受受到热光光源采集集电路传传送的信信号和声声音采集集电路传传送的信信号，对对电动车车电机进进行控制制，从而而实现对对电动车车的转向向控制。当当两处着着火，一一处是物物品，另另一处是是人着火火；电动动车通过过声音识识别，优优先将人人身上的的火扑灭灭。其所所实现的的功能相相当于简简易消防防机器人人。【关键词词】 消消防车 热热光源 STTM322单片机机 LM2298 STT17881.2IInteelliigennt DDesiign andd maanuffactturee off ellecttricc caars FirreAbsttracctTodaay,

5、 firre-ffighhtinng eequiipmeent at homme aand abrroadd moore andd moore empphassis on thee sttudyy, iinpuut mmoree annd mmoree. SSlowwly tennds to auttomaatioon aand inttellligeencee. TTo aachiievee fiire figghtiing, fiire dettecttionn, hhazaardoous matteriialss leeak dettecttionn, rrippper andd ott

6、herr fuuncttionns. Thiis ffuncctioon iis pprimmariily dessignned to commpleete firre ffighhtinng tto ssavee peeoplle. TThe dessignn iss baasedd STTC899C522 miicrooconntroolleer tto cconttroll foor eelecctriic vvehiiclee coontrrol sysstemm too sttudyy thhe cconttentts oof tthe folllowwingg: tthe maii

7、n pproggramm feeasiibillityy sttudiies, haardwwaree deesiggn, sofftwaare dessignn, ssysttem debbugggingg inn kiind. Haardwwaree deesiggn, maiin mmotoor ddrivve ccirccuitt, ttherrmall liightt soourcce aacquuisiitioon ccirccuitt, tthe souund colllecctioon ccirccuitt, ffan driive cirrcuiit, stooppiing

8、thee siignaal aacquuisiitioon ccirccuitt, LLCD dissplaay ccirccuitt, ppoweer ccirccuitt annd mmicrrocoontrrolller minnimuum ssysttem. Thhe ssysttem STCC89CC52 miccroccompputeer aas tthe conntrool ccoree, tthrooughh thhe aacquuisiitioon ccirccuitt reeceiivess liightt trranssmitttedd thhermmal siggnal

9、l annd vvoicce ssignnal acqquissitiion cirrcuiit ttrannsmiissiion of eleectrric vehhiclle mmotoors to be conntroolleed iin oordeer tto aachiievee stteerringg coontrrol forr ellecttricc veehiccless. WWhenn thhe ttwo firre, onee iss thhe iitemms, anootheer iis aa huumann onn fiire; ellecttricc veehicc

10、le thrrouggh vvoicce rrecoogniitioon, givve ppriooritty tto tthe humman boddy ffiree. TTheyy acchieeve thee fuuncttionnal equuivaalennt oof ssimpple firre-ffighhtinng rroboot.【Keyy woordss】： ffiree ennginne 、hott liightt、STMM32 MCUU 、 LMM2988ST11781.3 实现功功能制造一个个自主控控制的机机器人在在一间平平面结构构房子模模型里运运动，找找到一根根蜡烛

11、并并尽快将将它熄灭灭，这个个工作受受地面摩摩擦、机机器人惯惯性、机机器人电电机的转转数差、齿齿轮箱与与轮子的的摩擦、电电压变化化等多个个因素影影响，它它模拟了了现实家家庭中机机器人处处理火警警的过程程，蜡烛烛代表家家里燃起起的火源源，机器器人必须须找到并并熄灭它它。1.4 模拟房房子介绍绍模拟房子子平面图图单位：mm比赛场地地的墙壁壁22ccm高，由由KT板板做成。墙墙壁为白白色。比比赛场地地的地板板将是贴贴有导航航黑线的的KT板板。所有有的房间间和走廊廊的地板板上都是是光滑的的。场地地中所有有的门口口并没有有门，而而是一个个适当宽宽度的开开口。第二章 系统整整体方案案设计2.1 系统硬硬件设

12、计计本次设计计的目的的是设计计一个在在规定区区域能自自主搜索索火源并并实施灭灭火的智智能机器器人小车车，本次次设计使使用的主主控芯片片使用了了STCC89CC52单单片机，所所以设计计重点在在传感器器和电机机驱动上上。系统统总体设设计框图图如图22.1：MCU小车电机驱动传感器模块传感器模块电源部分水枪电机图2.11 系统统总体设设计框图图2.2 系统软软件设计计转弯子程序软件设计计方案是是以上述述硬件电电路为基基础的，包包括电机机控制模模块、传传感器模模块的程程序设计计与实现现。程序序设计采采用C语语言编写写，编程程环境是是集成KKeill STTM322编译器器的集成成编译环环境。灭灭火机

13、器器人设计计的软件件设计结结构框图图如图22.2所所示。灭火机器人系统软件电机控制模块传感器模块前进子程序停止子程序灰度子程序壁障子程序火焰子程序火焰子程序转弯子程序转弯子程序图2.22 系统统软件设设计框图图第三章 硬件设设计3.1电电源管理理模块电源是任任何一个个系统稳稳定运行行的前提提条件，为为了使机机器人运运行稳定定，单片片机和电电机的供供电系统统采用独独立供电电的方法法。3.1.1稳压压芯片LLM78805CCV、LLM78806CCVLM78805CCV的技技术指标标如下表表：表3-11 稳稳压芯片片78005参数数LM78806CCV的技技术指标标如下表表：表3-22 稳稳压芯片

14、片78006参数数3.1.2电源源模块电电路原理理图由于单片片机及所所有的传传感器系系统供电电采用的的是5VV和6VV的电源源,所以以在电源源的处理理上采用用了稳压压芯片778055CV和和78006CVV。火焰子程序3.2电电机驱动动芯片 BTSS79660BTS779600是NovvaliithIIC家族族三个独独立的芯芯片的一一部分:一是pp型通道道的高电电位场效效应晶体体管，二二是一个个n型通道道的低电电位场效效应晶体体管，结结合一个个驱动晶晶片,形成一一个完全全整合的的高电流流半桥。所所有三个个芯片是是安装在在一个共共同的引引线框,利用芯芯片对芯芯片和芯芯片芯片片技术。电源开关应用垂

15、直场效应管技术来确保最佳的阻态。由于p型通道的高电位开关，需要一个电荷泵消除电磁干扰。通过驱动集成技术，逻辑电平输入、电流取样诊断、转换速率调整器，失效发生时间、防止欠电压、过电流、短路结构轻易地连接到一个微处理器上。BTS7960可结合其他的BTS7960形成全桥和三相驱动结构。3.2.2外形形及引脚脚结构：3.2.3 BBTS779600电路原原理图：3.3地地面灰度度检测传传感器SST17783.3.1 SST1778简介介：ST1778H红红外光电电传感器器模块是是基于SST1778H传传感器设设计的一一款红外外反射式式光电开开关。传传感器采采用高发发射功率率红外光光电二极极管和高高灵

16、敏度度光电晶晶体管组组成，输输出信号号经施密密特电路路整形，稳稳定可靠靠。3.3.2 SST1778特点点：1、采用用高发射射功率红红外光电电二极管管和高灵灵敏度光光电晶体体管组成成。2、检测测距离可可调整范范围大，44-100mm可可用。3、采用用非接触触检测方方式。3.3.3 检检测原理理： 传感器器的红外外发射二二极管不不断发射射红外线线，当发发射出的的红外线线没有被被反射回回来或被被反射回回来但强强度不够够大时，光光敏三极极管一直直处于关关断状态态，此时时模块的的输出端端为低电电平，指指示二极极管一直直处于熄熄灭状态态；被检检测物体体出现在在检测范范围内是是，红外外线被反反射回来来且强

17、度度足够大大，光敏敏三极管管饱和，此此时模块块的输出出端为高高电平，指指示二极极管被点点亮。3.3.4 外外形尺寸寸（单位位mm）：图3.55 STT1888实物图图3.3.5 SST1778与单单片机连连接原理理图：图3.44 STT1788电路图图3.4火火焰传感感器：此传感器器本品可可广泛应应用于灭灭火机器器人比赛赛中测量量火焰值值、足球球比赛时时，用于于确定足足球的方方向。下下图为火火焰传感感器实物物图。图3.88 火焰焰传感器器实物图图3.5报报警电路路：当单片机机的P11.0 I/OO口输出出一个高高电平时时，通过过非门后后使三极极管基级级为低电电平，此此时三极极管处于于截止状状态

18、，蜂蜂鸣器不不工作；当单片片机的PP1.00 I/O口输输出一个个低电平平，通过过非门后后使三极极管基级级变为高高电平，三三极管处处于放大大工作状状态，驱驱动蜂鸣鸣器发出出报警声声音。声声音报警警电路如如图3.11所所示。第四章 软件设设计4.1 灭火机机器人行行进路线线分析结合我们们小车的的特点和和前面分分析，我我们选择择3214的遍遍历顺序序。开始时，小小车处于于3号和和4号房房间中间间，由图图可知，沿沿着右走走的方案案比较好好，因此此我们采采用是右右手规则则，首先先搜索的的是3号号房间，如如图。当当在3号号房间发发现火源源时，小小车进入入房间并并灭火，灭灭火后按按原路返返回；如如没有发发

19、现火源源，小车车继续按按右手规规则搜索索房间，直直到搜索索4号房房间，不不管有没没有搜索索到火源源，从44号房间间出来都都绕着44号房间间返回起起点，因因为回家家过程中中的时间间不记入入总时间间，而绕绕行比较较安全，小小车比较较好控制制。4.2 软件流流程图图4.22 灭火火小车软软件设计计流程图图4.3 软件件开发平平台介绍绍本次设计计软件的的开发主主要采用用Keiil uuVissionn4软件编编写。使使用Keeil uViisioon4工具时时，项目目开发流流程和其其它软件件开发项项目的流流程极其其相似：1、创建建一个项项目，从从器件库库中选择择目标器器件，配配置工具具设置；2、用CC

20、语言或或汇编语语言创建建源程序序；3、用项项目管理理器生成成你的应应用；4、修改改源程序序中的错错误；5、测试试，连接接应用。编程语言言选用CC语言。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，并且C语言以其结构化，容易维护，编写不依赖计算机硬件的应用程序，容易移植的优势满足开发的需要。而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Keil STM32编译器完全遵照ANSI C语言标准，支持C语言的所有标准特性。另外，直接支持STM32结构的几个特性被添加到里面。Keil宏汇编

21、器支持STM32及其派生系列的全部指令集。第五章 调试记记录5.1 调试记记录n 地面灰度度传感器器：测试试距离22.5ccm,黑黑地面输输出电压压1.33-1.5V；白纸输输出3.8-44.5VV；n 前方火焰焰传感器器最远测测试距离离2.55m，此此次使用用有效距距离0.8m，输输出电压压0.66V，探探测角度度+30。n 热光源信信号采集集电路调调试：热光源源采集电电路分为为四路，对对四个方方向的光光强进行行采集。根根据光强强电压转转换原理理：光越越强，则则电压越越高；光光强越弱弱，电压压越低。将将热光源源信号采采集模块块中的灵灵敏度调调节到最最佳状态态。将蜡蜡烛火焰焰靠近红红外接收收二

22、极管管，调节节对应的的参考电电压的可可调电位位器，使使对应输输出指示示灯变亮亮（即接接收到了了热光源源信号，输输出低电电平）。再再不断改改变蜡烛烛与红外外接收二二极管之之间的距距离，将将检测距距离调节节到最远远时，达达2.11米。此此时灵敏敏度也最最佳。但但是在外外界环境境光比较较强的地地方，热热光源信信号采集集电路常常出现错错误判断断。数据据记录如如下表11：测量输出左路中左路中右路右路正确输出出左路中左路中右路右路测量101110111测量210011011测量31011101测量401101110表一根据分析析，外界界光也有有近红外外，当红红外接收收二极管管暴露在在外时，受受外界红红外光

23、的的影响，产产生错误误判断。解解决的办办法是，将将红外接接收二极极管用直直纸筒卷卷起来，防防止外界界环境影影响。其其它模块块电路出出现的小小问题比比较容易易解决，因因为电路路相对来来说简单单，方便便调试。整整体电路路连接调调试后，比比较成功功，系统统工作稳稳定。 从从实验调调试结果果分析可可得，系系统基本本实现了了热光源源信号的的采集和和电动车车运动方方向的控控制。参考文献献1 国际际赛制机机器人灭灭火比赛赛规则.PDFF2 李全利利、迟荣强强. 单单片机原原理及接接口技术术. 北北京：高高等教育育出版社社，20004.13 谭浩强强. CC程序设设计(第第二版). 北北京：清清华大学学出版社

24、社，19999.124 童诗白白、华成英英. 模模拟电子子技术基基础(第第三版). 北北京：高高等教育育出版社社，20003.12 5 康华光光. 电电子技术术基础 数字部部分(第第四版). 北北京： 高等教教育出版版社，119000.16 黄智伟伟. 全全国大学学生电子子设计竞竞赛电路路设计. 北京京：北京京航空航航天大学学出版社社，20006.127 黄智伟伟. 全全国大学学生电子子设计竞竞赛系统统设计. 北京京：北京京航空航航天大学学出版社社，20006.12 8 文艳、谭鸿. Prroteel 999 SSE电子子电路设设计. 北京：机械工工业出版版社，220066.8程序请单单附录1

25、1:#inccludde stmm32ff10xx_liib.hh#inccludde pubblicc.hu8 ttimee_3mms = 0;u8 ddepaart=0;u8 rresttartt=0;u8 rooom=0;u8 gganggwayy=0;u8 wwhitte=00;u8 rroomm0=00;u8 rroomm1=00;u8 rroomm2=00;u8 gganggwayy3=00;u8 gganggwayy4=00;u8 ssenssor_temmp_aaheaad=00;u8 ssenssor_temmp_aaheaad0=0;u8 ssenssor_temmp_bb

26、ackk=0;u8 sennsorr_teemp_bacck0=0;u8 pprocceedd=0;s8 mmemoory=0;int maiin(vvoidd) sysstemm_innit(); whhilee(1) iif(ttimee_3mms = 33) timme_33ms = 00; /smmokeecheeck(); iif(ddepaart=0) Enncodder_Tottal=0; haandlle(-10); mottor_speeed(AHEEAD_TURRN,22); memmoryy=2; whiile(Enccodeer_TTotaal110500); memm

27、oryy=0; Enncodder_Tottal=0; haandlle(-17); mottor_speeed(AHEEAD_TURRN,22); memmoryy=2; whiile(Enccodeer_TTotaal336000); memmoryy=0; rooom=11; deppartt=1; iff(rooom=1) seensoor_ttempp_ahheadd = sennsorr_ahheadd(); iff(seensoor_ttempp_ahheadd!=ssenssor_temmp_aaheaad0|prroceeed=1) prooceeed=00; sennsor

28、r_teemp_aheead00=seensoor_ttempp_ahheadd;swittch(sennsorr_teemp_aheead) ccasee 1: hanndlee(-110); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD_TTURNN,2); bbreaak; ccasee 2: hanndlee(-55); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD,11); bbreaak; ccasee 3: hanndlee(0); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD,11); bbreaak; ccasee 4: hanndlee(5); mmotoor_ssp

29、eeed(AAHEAAD,11); bbreaak; ccasee 5: hanndlee(100); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD_TTURNN,2); bbreaak; ccasee 0: iff(whhitee=00) wwhitte=11; Enccodeer_TTotaal=00; haandlle(119); mottor_speeed(AHEEAD_TURRN,22); memmoryy=2; whiile(Enccodeer_TTotaal330000); mmemoory=0; EEncooderr_Tootall=0; haandlle(220); mot

30、tor_speeed(AHEEAD_TURRN,22); memmoryy=2; whiile(Enccodeer_TTotaal225000); mmemoory=0; ssecuure=0; ddispposee(); pprocceedd=1; elsse hanndlee(-118); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD_TTURNN,2); bbreaak; ccasee 6: /全全黑 hhanddle(0); mmotoor_sspeeed(00,0); ssecuure=0; ddispposee(); gganggwayy=1; rroomm=0; breeak;

31、 iff(gaangwway=1) seensoor_ttempp_baack = ssenssor_bacck(); iff(seensoor_ttempp_baack!=seensoor_ttempp_baack00|pprocceedd=11) prooceeed=00; sennsorr_teemp_bacck0=sennsorr_teemp_bacck;swittch(sennsorr_teemp_bacck) ccasee 1: hanndlee(166); mmotoor_sspeeed(BBACKK,-11); bbreaak; ccasee 2: hanndlee(133);

32、 mmotoor_sspeeed(BBACKK,-11); bbreaak; ccasee 3: hanndlee(100); mmotoor_sspeeed(BBACKK,-11); bbreaak; ccasee 4: hanndlee(7); mmotoor_sspeeed(BBACKK,-11); bbreaak; ccasee 5: hanndlee(0); mmotoor_sspeeed(BBACKK,-11); bbreaak; ccasee 6: hanndlee(-55); mmotoor_sspeeed(BBACKK,-11); bbreaak; ccasee 7: han

33、ndlee(-110); mmotoor_sspeeed(BBACKK,-11); bbreaak; ccasee 8: hanndlee(-115); mmotoor_sspeeed(BBACKK,-11); bbreaak; ccasee 9:/全全黑 hanndlee(0); mmotoor_sspeeed(00,0); rroomm=2; gganggwayy=0; EEncooderr_Tootall=0; bbreaak; ccasee 0: /全白 hanndlee(177); mootorr_sppeedd(BAACK_TURRN,-1); bbreaak; if(rooom=

34、2) seensoor_ttempp_ahheadd = sennsorr_ahheadd(); iff(seensoor_ttempp_ahheadd!=ssenssor_temmp_aaheaad0|prroceeed=1) prooceeed=00; sennsorr_teemp_aheead00=seensoor_ttempp_ahheadd;swittch(sennsorr_teemp_aheead) ccasee 1: hanndlee(-115); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD_TTURNN,2); bbreaak; ccasee 2: hanndlee(-88

35、); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD,11); bbreaak; ccasee 3: hanndlee(0); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD,11); bbreaak; ccasee 4: hanndlee(8); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD,11); bbreaak; ccasee 5: hanndlee(155); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD_TTURNN,2); bbreaak; ccasee 0: /全全白 if(rooom1=0&Enncodder_Tottal=14000) hanndlee(-11); mm

36、otoor_sspeeed(AAHEAAD,11); rooom1=1; eelsee hanndlee(188); mmotoor_sspeeed(AAHEAAD,11); bbreaak; caase 6: /全黑黑 ssecuure=0; dissposse(); rroomm=0; gganggwayy=2; bbreaak; if(ganngwaay=2) ssenssor_temmp_bbackk = sennsorr_baack(); iff(seensoor_ttempp_baack!=seensoor_ttempp_baack00|pprocceedd=11) prooceeed=00; sennsorr_teemp_bacck0=sennsorr_teemp_bacck;swittch(sennsorr_teemp_bacck) ccasee 1: hanndlee(188); mmotoor_sspeeed(BBACKK_TUURN,-2); bbreaak; ccasee 2: hanndlee(155); mmotoor_sspeeed(BBACKK_TUURN,-2); bbreaak; ccasee 3: hanndlee(100); mmotoor_sspeeed(BBA