滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p>　　題目（中文）： 滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)（硬件）</p><p>　　（英文）： Design and Implementation of </p><p>　　Fire Fighting Robot ( Hardware ) </p><p>　　學(xué)生姓名：　　　

2、 　　　　 </p><p>　　學(xué)　　號(hào)：　　　 　　　 </p><p>　　系　　別：　 物理與信息工程系　　</p><p>　　專(zhuān)　　業(yè)：　 電子信息科學(xué)與技術(shù)　</p><p>　　指導(dǎo)教師：　　 　　</p><p>　　起止日期： 2011.10

3、.18—2012.5.18 </p><p>　　2012年 5 月 18日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞I</b></p><p>　　Abstrac

4、tI</p><p>　　Key wordsI</p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人產(chǎn)生的背景1</p><p>　　1.2 滅火機(jī)器人3</p><p>　　1.3 本文的主要內(nèi)容4</p><p>　　2 系統(tǒng)

5、設(shè)計(jì)及方案比較5</p><p>　　2.2 硬件實(shí)現(xiàn)方案5</p><p>　　2.2.1 MCU的選擇5</p><p>　　2.2.2 電機(jī)選擇7</p><p>　　2.3 傳感器的選擇8</p><p>　　2.3.1 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇8</p><p>　　2.3.2 尋

6、跡傳感器的選擇9</p><p>　　2.3.3 硬件總體設(shè)計(jì)方案11</p><p>　　2.4 軟件總體設(shè)計(jì)方案11</p><p>　　2.4.1 軟件設(shè)計(jì)思路11</p><p>　　2.4.2 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹12</p><p>　　3 硬件單元電路設(shè)計(jì)12</p><p&g

7、t;　　3.1 電源電路13</p><p>　　3.2 微控制器模塊的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.1 STC89C52單片機(jī)介紹13</p><p>　　3.2.2 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路15</p><p>　　3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4 尋線電路的設(shè)

8、計(jì)18</p><p>　　3.4.1 運(yùn)放LM32419</p><p>　　3.4.2 紅外對(duì)管ST18820</p><p>　　3.5 滅火驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.7 火焰溫度傳感電路23</p><p>

9、　　3.7.1 工作原理24</p><p>　　3.7.2 DS18B20的主要特性26</p><p><b>　　4 軟件實(shí)現(xiàn)27</b></p><p><b>　　5 調(diào)試28</b></p><p><b>　　6 結(jié)論31</b></p>

10、<p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p>　　附錄A 主要程序35</p><p>　　滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)（硬件）</p><p><b>　　摘 要</b></p><p&

11、gt;　　本設(shè)計(jì)主要就是針對(duì)滅火機(jī)器人的制作與研究，機(jī)器人以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、溫度傳感電路、滅火風(fēng)扇以及其他電路構(gòu)成。專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制機(jī)器人的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向，紅外對(duì)管完成尋跡，DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇對(duì)準(zhǔn)火源，滅火風(fēng)扇進(jìn)行滅火。本設(shè)計(jì)制作的滅火機(jī)器人具有簡(jiǎn)易滅火功能，達(dá)到實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)滅火的目的。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞&

12、lt;/b></p><p>　　機(jī)器人；滅火；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；傳感器;硬件</p><p>　　Design and Implementation of Fire Fighting Robot（Hardware）</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design is m

13、ainly for the production and research fire robot, robot with STC89C52 SCM as control core and power circuit, motor drive, flame detection circuit, fan and other circuits. Special motor drive chip motor control of the rob

14、ot, forward and backward and turned on the photoelectric complete tracing, Infra-red sensor detection flame, fire extinguishing fan. The design of the fire extinguishing function, simple robot to achieve the goal.</p&

15、gt;<p><b>　　Key words</b></p><p>　　robot；extinguishing；motor driver；sensor；hardware</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人產(chǎn)生的背景</p><p>　　

16、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)也是為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中，各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。</p><p>　　那么什么是機(jī)器人呢？人們一般的理解來(lái)看，機(jī)器人是具有一些類(lèi)似人的功能的機(jī)械電子裝置，或者叫自動(dòng)化裝置，它仍然是個(gè)機(jī)器，它有三個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是有類(lèi)人的功能，比如說(shuō)作業(yè)功能，感知功能，行走功能；

17、還能完成各種動(dòng)作，它還有一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動(dòng)的工作，這里一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是它可以編程，改變它的工作、動(dòng)作的對(duì)象，和工作的一些要求，它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。但從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來(lái)看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來(lái)機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對(duì)外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器。這給機(jī)器人提出了更高層次的要求，展望21世紀(jì)，機(jī)器人將是一個(gè)與20世紀(jì)計(jì)算機(jī)的普及一樣，會(huì)深入地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在2

18、1世紀(jì)的前20年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個(gè)重要時(shí)期，也是智能機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。</p><p>　　那么總結(jié)一下，我們認(rèn)為，機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段，那么也就是說(shuō)，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類(lèi)，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)，來(lái)控制一個(gè)多自由度的一個(gè)機(jī)械，通過(guò)示教存儲(chǔ)程序和信息，工作時(shí)把信息讀取出來(lái)，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果，再現(xiàn)出

19、這種動(dòng)作，比方說(shuō)汽車(chē)的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個(gè)點(diǎn)焊的過(guò)程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對(duì)于外界的環(huán)境沒(méi)有感知，這個(gè)力操作力的太小，這個(gè)工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種第一代機(jī)器人，也就存在缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開(kāi)始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺(jué)的機(jī)器人，這種帶感覺(jué)的機(jī)器人具有類(lèi)似人在某種功能的感覺(jué)，比如說(shuō)力覺(jué)、觸覺(jué)、滑覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和人進(jìn)行相類(lèi)比，有了各種各樣的感覺(jué)，比方說(shuō)在機(jī)器人抓一個(gè)物體的

20、時(shí)候，它實(shí)際上力的大小能感覺(jué)出來(lái)，它能夠通過(guò)視覺(jué)，能夠去感受和識(shí)別它的形狀、大小、顏色。抓一個(gè)雞蛋，它能通過(guò)一個(gè)觸覺(jué)，知道它的力的大小和滑動(dòng)的情況[1]。</p><p>　　那么第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最高級(jí)的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動(dòng)，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義，但

21、真正完整意義的智能機(jī)器人實(shí)際上并沒(méi)有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來(lái)越豐富，它內(nèi)涵越來(lái)越寬。</p><p>　　那么從三代機(jī)器人發(fā)展過(guò)程中，從另一個(gè)方面，我們對(duì)機(jī)器人從應(yīng)用的角度進(jìn)行了分類(lèi)，比如說(shuō)工業(yè)機(jī)器人，它包括點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、搬運(yùn)、碼垛，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中工作的這種機(jī)器人，我們統(tǒng)稱為工業(yè)機(jī)器人，那么從不同的應(yīng)用中，到水下去作業(yè)的叫水下機(jī)器人，到空間作業(yè)的叫空間機(jī)器人，同時(shí)又存在農(nóng)業(yè)、林業(yè)

22、、牧業(yè)，還包括娛樂(lè)機(jī)器人，建筑和居室上用的機(jī)器人。</p><p><b>　　1.2 滅火機(jī)器人</b></p><p>　　近幾十年中，大量的高層、地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不能快速高效的滅火。為了解決這一問(wèn)題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，滅火機(jī)器人研究被提到了議事日程。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也為這一

23、要求的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證，使得滅火機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始，世界許多國(guó)家都進(jìn)行了滅火機(jī)器人的研究。美國(guó)和蘇聯(lián)最早進(jìn)行滅火機(jī)器人的研究，而后日本、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家都紛紛開(kāi)展了滅火機(jī)器人的研究，目前已有多種不同類(lèi)型的滅火機(jī)器人用于各種火災(zāi)場(chǎng)合。 </p><p>　　我國(guó)從八十年代末期開(kāi)始滅火機(jī)器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在滅火機(jī)器人的研究中取

24、得了大量的成果，“自行式消防炮”已經(jīng)投入市場(chǎng)，“履帶輪式滅火偵察機(jī)器人”也于2000年6月通過(guò)了國(guó)家驗(yàn)收。但是，我國(guó)滅火機(jī)器人的研究還處在初級(jí)階段，還有許多有待研究的問(wèn)題。比如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員不可能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)高處的火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時(shí)極易中毒。研制能夠用于這些場(chǎng)合的偵察滅火機(jī)器人，協(xié)助消防

25、人員進(jìn)行火災(zāi)的定位和滅火，將有極大的社會(huì)意義。 </p><p>　　基于人工智能的不斷發(fā)展，各項(xiàng)高新技術(shù)的不斷成熟，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，滅火機(jī)器人在功能上會(huì)更具多樣特點(diǎn)，在較多危險(xiǎn)區(qū)域可以完全代替消防員，避免消防員生命傷亡。同時(shí)也應(yīng)該看到，我國(guó)在研究消防機(jī)器人方面較國(guó)外同行已落后太多，存在技術(shù)差異和代溝，消防機(jī)器人的不斷研制、生產(chǎn)和裝備過(guò)程，應(yīng)堅(jiān)持自主研制為主，引進(jìn)為輔，提高我國(guó)消防部隊(duì)消防裝備現(xiàn)代化的水平,并及時(shí)

26、裝備消防部隊(duì)，提高消防部隊(duì)打贏大仗、惡仗、硬仗和特殊戰(zhàn)役的能力，提高消防部隊(duì)在處置大型復(fù)雜火災(zāi)和應(yīng)急救援的作戰(zhàn)效能, 提高消防部隊(duì)的自我防護(hù)能力,減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，更好地保衛(wèi)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。</p><p>　　1.3 本文的主要內(nèi)容</p><p>　　本論文設(shè)計(jì)了以STC89C52單片機(jī)作為主控制器，DS18B20作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅?，用ST188型光對(duì)管進(jìn)行尋跡，L298N作

27、為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。所做工作和確定成果如下：</p><p>　　1、以單片機(jī)STC89C52為核心擬定了系統(tǒng)的組成方案，完成了系統(tǒng)的電路硬件總體設(shè)計(jì)，包括供電模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外對(duì)管尋跡模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、溫度傳感模塊以及滅火系統(tǒng)和各個(gè)模塊間的接口。</p><p>　　2、完成主要功能模塊的程序設(shè)計(jì)，分別完成對(duì)各個(gè)功能模塊的程序進(jìn)行調(diào)試工作。</p><p&

28、gt;　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及方案比較</p><p>　　根據(jù)課題設(shè)計(jì)的要求和課題目標(biāo)，我制定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)比較論證，選擇合適的器件。采用STC89C52單片機(jī)作為主控制器，用ST188型光對(duì)管進(jìn)行尋跡，DS18B20作為火焰的溫度傳感器，L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、溫度傳感

29、器模塊、尋跡模塊、滅火系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成，本系統(tǒng)的方框圖如圖2.1。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　2.2 硬件實(shí)現(xiàn)方案</p><p>　　2.2.1 MCU的選擇</p><p>　　近年來(lái)，單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，為智能裝置的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的便利。但在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中選擇合適的的MCU帶來(lái)了很大的困難

30、。</p><p>　　方案1：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求也不是很高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我放棄了此方案。</p><p>　　方案2：采用凌

31、陽(yáng)公司的16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其使用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽(yáng)單片應(yīng)用語(yǔ)音處理和辨識(shí)時(shí)，由于其占用的CPU自源較多而使得凌陽(yáng)單片機(jī)同時(shí)處理其他任務(wù)的速度和能力降低。</p><p>　　本系統(tǒng)主要進(jìn)行尋跡和火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)以及電機(jī)控制，兼有聲音報(bào)警。如果單純的使用凌陽(yáng)單片機(jī)，在語(yǔ)音播報(bào)的同時(shí)機(jī)

32、器人的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定和編程的間接性考慮，我放棄單純使用凌陽(yáng)單片機(jī)而考慮其他方案。</p><p>　　方案3：采用Atmel公司的AT89S52單片機(jī)作為主控制器。AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能的51內(nèi)核的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K空間的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀存儲(chǔ)器，具有256bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)I/O口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。且該

33、系列的51單片機(jī)可以不用燒寫(xiě)器而直接用串口或并口就可以像單片機(jī)中下載程序但是考慮到本系統(tǒng)要進(jìn)行火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、聲音報(bào)警，但使用AT89S52可能在數(shù)據(jù)處理方面有一些不足。因此我不選擇此方案。</p><p>　　方案4：采用Atmel公司的STC89C52單片機(jī)作為主控制器。STC89C52單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代告訴/低功耗超強(qiáng)抗干擾能力的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，12

34、時(shí)鐘機(jī)器周期和6時(shí)鐘機(jī)器周期可以任意選擇。片內(nèi)含8K空間可反復(fù)擦寫(xiě)10000次的Flash只讀存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)I/O口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。</p><p>　　從方便使用和經(jīng)濟(jì)角度的考慮，我選擇了方案4[2]。</p><p>　　2.2.2 電機(jī)選擇</p><p>　　本系統(tǒng)為智能機(jī)器人，對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。下面我分

35、析了幾種常見(jiàn)的電機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確地定位，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)的路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，但其轉(zhuǎn)速較低，不適用于機(jī)器人等有一定速度要求的系統(tǒng)。</p><p>　　直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，

36、帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。</p><p>　　舵機(jī)，顧名思義是控制舵面的電動(dòng)機(jī)。舵機(jī)的出現(xiàn)最早是作為遙控模型控制舵面、油門(mén)等機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)源，但是由于舵機(jī)具有很多優(yōu)秀的特性，在制作機(jī)器人時(shí)常能看到它的應(yīng)用。舵機(jī)是一種位置可伺服的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)范圍一般不能超過(guò)180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。比方說(shuō)機(jī)器人的關(guān)節(jié)、飛機(jī)的舵面等。</p><p>　　直流電機(jī)

37、能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，控制方便，因此我選擇了直流電機(jī)作為機(jī)器人行進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)[3]。</p><p>　　2.3 傳感器的選擇</p><p>　　2.3.1 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x擇</p><p>　　火焰檢測(cè)有紫外傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器以及CCD圖像傳感器和DS18B20溫度傳感器。我綜合論證了這幾種傳感器，制定了如下幾種方案。</p>

38、;<p>　　方案1：用煙霧傳感器。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用與火警檢測(cè)。但是由于此題目的火源是用蠟燭模擬的，沒(méi)有太大的煙霧，因此用煙霧傳感器作為此小型機(jī)器人的火焰?zhèn)鞲衅饕膊粔驅(qū)嵱?，因此我放棄了此方案?lt;/p><p>　　方案2：用紫外傳感器檢測(cè)火焰。紫外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獞?yīng)用于火災(zāi)消防系統(tǒng)，尤其是一些易燃易爆場(chǎng)所，用來(lái)監(jiān)測(cè)火焰的產(chǎn)生。紫外線火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度高，反應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)明火特別敏感，能對(duì)

39、火災(zāi)立即做出反應(yīng)。但是紫外傳感器檢測(cè)的范圍太大，不適用于本系統(tǒng)。</p><p>　　方案3：用光敏電阻作為傳感器。所謂光敏，就是對(duì)光反應(yīng)敏感。光敏電阻在光照條件下電阻值隨外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化的組件，光越強(qiáng)阻值越小，光越弱阻值越大。CDS光敏電阻，靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及γ值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下，仍能保持其高度的穩(wěn)定性和可靠性，廣泛應(yīng)用于光探測(cè)和光自控領(lǐng)域中。但自然光對(duì)光敏

40、電阻影響較大，因此我沒(méi)有采用此方案。</p><p>　　方案4：用CCD圖像傳感器。用CCD圖像傳感器可以檢測(cè)各種被檢測(cè)量，適用于各種量的檢測(cè)。但是用CCD圖像傳感器需要處理的信號(hào)量太大，且體積較大，不適合用于本系統(tǒng)。</p><p>　　方案5：用DS18B20做溫度傳感器，DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)

41、多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域[4]。</p><p>　　從經(jīng)濟(jì)和方便的角度考慮，我選擇了方案5。</p><p>　　

42、2.3.2 尋跡傳感器的選擇</p><p>　　方案1：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作紅外對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收能接收到反射回的光線，則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我放棄了這個(gè)方案。</p>&

43、lt;p>　　方案2：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周?chē)h(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。</p><p>　　方案3：用ST188型紅外對(duì)管。ST188

44、為反射取樣式紅外線對(duì)管作為核心傳感器件。它采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，以非接觸檢測(cè)方式，檢測(cè)距離可調(diào)整范圍大，4-13mm可用。ST188的硬件示意圖和工作特性曲線如圖2.3。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定[5]。因此我選擇了方案3。</p><p>　　(a)ST188示意圖 （b）S

45、T188特性表</p><p>　　圖2.3 ST188的示意圖和特性曲線</p><p>　　2.3.3 硬件總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　經(jīng)過(guò)反復(fù)比較論證，我最終確定了如下方案：</p><p>　　1、手工制作模擬機(jī)器人。</p><p>　　2、采用STC89C52單片機(jī)作為主控制器。</p>

46、<p>　　3、用ST188型光對(duì)管進(jìn)行尋跡。</p><p>　　4、DS18B20作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅鳌?lt;/p><p>　　5、L298作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。</p><p>　　6、使用蜂鳴器進(jìn)行滅火報(bào)警。</p><p>　　2.4 軟件總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.4.1 軟件設(shè)計(jì)思

47、路</p><p>　　DS18B20把測(cè)得的溫度傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)處理之后，比較得出溫度最高的地方，然后調(diào)整機(jī)器人的方向，將安置在上面的風(fēng)扇對(duì)準(zhǔn)火源，然后驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇滅火。</p><p>　　2.4.2 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹</p><p>　　MCS-51是支持C語(yǔ)言編程的編譯器，它主要有兩種：Franklin C51編譯器和Keil C51編譯器，我們簡(jiǎn)稱C5

48、1。C51是專(zhuān)為MCS-51開(kāi)發(fā)的一種高性能的C編譯器。由C51產(chǎn)生的目標(biāo)代碼的運(yùn)行速度極高，所需存儲(chǔ)空間極小，完全可以和匯編語(yǔ)言媲美。</p><p>　　Keil軟件公司提供的專(zhuān)用8051嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具套件，可以編譯C源文件、匯編源文件、連接定位目標(biāo)模塊和庫(kù)、生成并調(diào)試目標(biāo)程序，為實(shí)際的每一種8051及其派生系列產(chǎn)品生成嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。Keil C51交叉編譯器兼容ANSI（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）C編譯器，專(zhuān)

49、用于為8051微控制器系列生成快速緊湊的目標(biāo)代碼。使用Keil 8051開(kāi)發(fā)工具套件，以工程的形式組織各種文件，工程開(kāi)發(fā)周期與任何其他軟件開(kāi)發(fā)工程的周期大致相同。</p><p>　　µVision2 IDE是Keil公司提供的用于開(kāi)發(fā)MCS-51系列芯片的匯編語(yǔ)言與C程序的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，是標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序，同其他Windows應(yīng)用程序一樣，µVision2 IDE環(huán)境包括菜單、工

50、具條、編輯及顯示多種窗口。µVision2 IDE支持使用的Keil C51工具，包括C編譯器、宏匯編器、連接定位器、目標(biāo)代碼到HEX的轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　3 硬件單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　這里主要講述了以STC89C52為主要控制器，設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件電路。主要硬件電路有：尋跡與控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、溫度傳感電路、滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路以及聲音報(bào)警電路。</p&

51、gt;<p><b>　　3.1 電源電路</b></p><p>　　STC89C52需要5V的正電源供電，而電機(jī)需要用到7V的電源，這里我是用兩塊手機(jī)電池，容量都在1000mA/h以上，之所以要這么大的容量是為了保證機(jī)器人有足夠的電量走完全程并完成滅火[6]。電源電路如圖3.1。</p><p><b>　　圖3.1 電源電路</b&

52、gt;</p><p>　　3.2 微控制器模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 STC89C52單片機(jī)介紹</p><p>　　STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(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

53、方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止

54、，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHZ，6T/12T可選。其硬件圖如圖3.2。</p><p>　　圖3.2 STC89C52引腳圖</p><p><b>　　具體引腳介紹如下：</b></p><p>　?、僦麟娫匆_(2根)</p><p>　　VCC(Pin40)：電源輸入，接+5V電源</

55、p><p>　　GND(Pin20):接地線</p><p>　?、谕饨泳д褚_(2根)</p><p>　　XTAL1(Pin19):片內(nèi)震蕩電路的輸入端</p><p>　　XTAL2(Pin18):片內(nèi)震蕩電路的輸出端</p><p><b>　　③控制引腳(4根)</b></p>

56、<p>　　RST/VPP(Pin9):復(fù)位電路，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位</p><p>　　ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)</p><p>　　PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)</p><p>　　EA/VPP(Pin31):程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部

57、程序存儲(chǔ)器讀指令。</p><p>　?、芸删幊梯斎?輸出引腳(32根)</p><p>　　STC89C52單片機(jī)油4組8位的可編程I/O口，分別是P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位(8根引腳)，共32根。</p><p>　　P0口(Pin32-Pin39):8位雙向I/O口線，名稱為P0.0-P0.7</p><p>　　P1口(P

58、in1-Pin8)：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0-P1.7</p><p>　　P2口(Pin21-Pin28)：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0-P2.7</p><p>　　P3口(Pin10-Pin17)：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0-P3.7</p><p>　　3.2.2 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><

59、;p>　　STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3.3。主要包括復(fù)位電路、晶振電路、以及各種濾波電容。</p><p>　　圖3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　L298N有Mutiatt和PowerSO20兩種不同封裝，在本設(shè)計(jì)中我采用的是第一種封裝，其管腳部分圖如圖3.4。</p>&l

60、t;p>　　圖3.4 L298N引腳示意圖</p><p>　　用L298N芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良，穩(wěn)定好。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含二個(gè)H橋的高電壓大電流橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46伏、2安培以下的電機(jī)，工作溫度范圍從－25度到130度。它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端

61、。其內(nèi)部的H橋原理圖如</p><p>　　圖3.4所示。ENA是控制使能端，控制OUT l和OUT2之間電機(jī)的停轉(zhuǎn)， IN1、IN2腳接入控制電平，控制OUT l和OUT2之間電機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)使能端ENA有效，IN1為低電平IN2為高電平時(shí)，三極管2，3導(dǎo)通，1，4截止，電機(jī)反轉(zhuǎn)；IN1為高電平IN2為低電平時(shí)，三極管2,3截止，1,4導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)IN1和IN2電平相同時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)[7]。</p>

62、;<p>　　圖3.4 L298N內(nèi)部H橋原理圖</p><p>　　如表3-1是L298使能引腳、輸入引腳和輸出引腳之間的邏輯關(guān)系。</p><p>　　表3-1 L298N各引腳邏輯關(guān)系</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，我所用到的L298N控制電機(jī)電路圖如圖3.5。</p><p>　　圖3.5 L298控制電機(jī)電路圖&l

63、t;/p><p>　　用L298N可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)的。引腳6，9可用于PWM控制。如果機(jī)器人項(xiàng)目只要求直行前進(jìn)，則可將5，10和7，12兩對(duì)引腳分別接高電平和低電平，僅用單片機(jī)的兩個(gè)端口給出PWM信號(hào)控制6，11即可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動(dòng)作。ENA,IN1,IN2的輸入信號(hào)與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況在表3-1中已經(jīng)列出，ENB，IN3,IN4的輸入信號(hào)與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況和ENA,IN1,IN2的輸入信號(hào)一致，通過(guò)單片

64、機(jī)輸入信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)、前進(jìn)以及停止的控制。另外在直流電機(jī)的兩端并聯(lián)一個(gè)瓷片電容104，以穩(wěn)定電機(jī)的電壓不致對(duì)單片機(jī)造成干擾，實(shí)際使用的效果也不錯(cuò)，省掉了通過(guò)光耦隔離TPL521實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出信號(hào)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。D1～D8為二級(jí)管IN4007，它能保護(hù)電路中的其他器件因突然斷線的反向電流過(guò)大而被燒壞，即起到續(xù)流保護(hù)的作用[8]。</p><p>　　3.4 尋線電路的設(shè)計(jì)</

65、p><p>　　3.4.1 運(yùn)放LM324</p><p>　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中我并沒(méi)有使用ADC而是直接用LM324四運(yùn)放集成芯片，加以紅外對(duì)管ST188，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行放大直接傳輸給單片機(jī)處理。LM324四運(yùn)放放大器是內(nèi)含4個(gè)特性近似相同的高增益、內(nèi)補(bǔ)償放大器的單電源（也可以是雙電源）運(yùn)算放大器。芯片可以在+5V或雙電源±15V下工作，功耗低。每個(gè)運(yùn)放靜態(tài)功耗約0.8mA，但驅(qū)動(dòng)

66、電流可達(dá)40mA。LM324采用14腳雙列直插塑料封裝[9]。</p><p>　　LM324特性參數(shù)如下所述。雙電源工作電壓：±5～±15V。</p><p>　　單電源工作范圍：3～30V DC。電壓增益：l00dB。單位增益帶寬：1MHz。</p><p>　　輸入失調(diào)電壓：2mV(最大值7mV)。輸入偏置電壓：2.0～5.0mV。

67、輸入偏置電流：50～150nA。輸入失調(diào)電流：5～50nA。放大器間隔離度：-120dB （f0為1～20kHz）。共模抑制比：典型值為80dB。</p><p>　　LM324引腳圖如圖3.6。</p><p>　　圖3.6 LM324引腳圖</p><p>　　3.4.2 紅外對(duì)管ST188</p><p>　　紅外對(duì)管的在本設(shè)計(jì)

68、中的實(shí)際應(yīng)用電路如圖3.8所示。之所以在這里選擇了10K這么大的電阻是為了提高輸出信號(hào)的靈敏度，在這里，由于紅外對(duì)管反饋回來(lái)的信號(hào)很小，這個(gè)電阻主要是起一個(gè)上拉的作用，能將這個(gè)反饋回來(lái)的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)化一個(gè)稍強(qiáng)的信號(hào)送至LM324的輸入端口與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而得出正確的邏輯電平[10]。</p><p>　　圖3.8 紅外對(duì)管典型應(yīng)用電路</p><p>　　ST188的內(nèi)部電路圖如圖3.

69、9。</p><p>　　圖3.9 ST188內(nèi)部電路圖</p><p>　　當(dāng)沒(méi)有物體反射紅外線時(shí)，ce之間截止，無(wú)電流流過(guò)，輸出電壓為電源電壓，高電平。當(dāng)有物體反射紅外線時(shí)，be飽和導(dǎo)通ce也就導(dǎo)通了，輸出端就相當(dāng)于接地。輸出電壓為低電平。將這些高低電平信號(hào)輸入至單片機(jī)的I/O口就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)前進(jìn)方向的控制。在理論上我們是把5V的電壓判別為高電平1,0V判別為低電平0，但是在實(shí)際應(yīng)用

70、中，不能做到這么精確，為了在實(shí)際應(yīng)用中，做到正確的區(qū)分高低電平，在這里，特別做如下區(qū)分：0-1.5V判為0；2-3V為判決門(mén)限；3.5-5V判為1；1.5-2V和3-3.5V為保險(xiǎn)區(qū)，這也被稱為“電路中的和諧設(shè)計(jì)”。當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候，我們可以加入奇偶糾錯(cuò)電路，當(dāng)電壓超出保險(xiǎn)區(qū)域，也可以采用糾錯(cuò)電路。</p><p>　　機(jī)器人位置示意圖如圖3.10。尋線的原理如下：若機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人中軸線位于地面引導(dǎo)線上，

71、位置狀態(tài)010，使機(jī)器人前進(jìn)；若機(jī)器人中軸線位于地面引導(dǎo)線的左側(cè)，位置狀態(tài)100，使機(jī)器人右轉(zhuǎn)；若機(jī)器人中軸線位于地面引導(dǎo)線的右側(cè)，位置狀態(tài)001，使機(jī)器人左轉(zhuǎn)[11]。</p><p>　　圖3.10 機(jī)器人位置示意圖</p><p>　　從上面的分析可得：在尋線時(shí)，選用3只反射式紅外傳感器就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿給定線路行走。3只對(duì)管擺成一條直線，中間的始終對(duì)準(zhǔn)黑線，兩遍的對(duì)準(zhǔn)旁邊的白線，當(dāng)

72、出現(xiàn)偏差時(shí)，反饋到單片機(jī)I/O口的電平將出現(xiàn)跳變，然后通過(guò)軟件進(jìn)行調(diào)整機(jī)器人到正確的行進(jìn)位置。</p><p>　　3.5 滅火驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的火源，我是用蠟燭代替的，另外，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)小風(fēng)扇進(jìn)行滅火。電機(jī)為直流電機(jī)，這是因?yàn)檫@樣的電機(jī)轉(zhuǎn)速較快，從而能驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇較快轉(zhuǎn)動(dòng)，在較短的時(shí)間內(nèi)把模擬火源熄滅。具體電路如圖3.11。</p><p&g

73、t;　　圖3.11 滅火驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　當(dāng)檢測(cè)到的溫度為預(yù)定設(shè)定的溫度時(shí)，通過(guò)軟件控制，給給定的單片機(jī)I/O高電平，從而驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到滅火的目的[12]。</p><p>　　3.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警電路，是在小車(chē)檢測(cè)到火源開(kāi)始滅火的時(shí)候，便啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，蜂鳴器持續(xù)發(fā)出蜂鳴聲，直至滅火結(jié)束。具體的電路如圖3.12

74、。</p><p>　　圖3.12報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　控制FM電平高低的單片機(jī)I/O口是P2.3，未開(kāi)始滅火的時(shí)候，F(xiàn)M始終保持低電平，三極管截止，蜂鳴器不工作；開(kāi)始滅火的時(shí)候，給FM接上高電平，三極管9013導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，蜂鳴器開(kāi)始工作，滅火結(jié)束后，立即將I/O口P2.3置為低電平，蜂鳴器停止報(bào)警[13]。</p><p>　　3.7 火

75、焰溫度傳感電路</p><p>　　機(jī)器人尋跡到終點(diǎn)的時(shí)候，先停止。這個(gè)時(shí)候，關(guān)鍵就需要把機(jī)器人上的風(fēng)扇對(duì)準(zhǔn)火源，才能啟動(dòng)風(fēng)扇滅火。在這里，用到的溫度傳感器是DS18B20，它能很好的感應(yīng)溫度高的地方。機(jī)器人在到達(dá)終點(diǎn)后，不斷的調(diào)整機(jī)器人的位置，找到一個(gè)溫度的最高點(diǎn)，然后調(diào)整機(jī)器人的位置，將機(jī)器人上的風(fēng)扇對(duì)準(zhǔn)火源，最后，啟動(dòng)安裝在機(jī)器人前面的風(fēng)扇滅火。DS18B20與單片機(jī)接口的具體電路圖如圖3.13。</

76、p><p>　　圖3.13 DS18B20溫度傳感電路</p><p>　　在這個(gè)電路圖中可以看出，DS18B20和單片機(jī)的連接非常簡(jiǎn)單，單片機(jī)只需要一個(gè)I/O口就可以控制DS18B20。DS18B20的工作原理及主要特性特性如下所述[14]。</p><p>　　3.7.1 工作原理</p><p>　　硬件電路接好以后，單片機(jī)需要怎樣工作才能

77、將DS18B20中的溫度數(shù)據(jù)讀取出來(lái)呢？下面給出詳細(xì)的分析。</p><p>　　首先來(lái)看它的一些指令：</p><p>　?、?3H，讀ROM。讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）。</p><p>　　②55H，匹配ROM。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20并使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18

78、B20的讀/寫(xiě)做準(zhǔn)備。</p><p>　　③F0H，搜索ROM。用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)，識(shí)別64位ROM地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備。</p><p>　?、蹸CH，跳過(guò)ROM。忽略64位ROM地址，直接向18B20發(fā)溫度變換命令，適用于一個(gè)從機(jī)工作。</p><p>　　⑤ECH，告警搜索命令。執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的芯片才能做出

79、響應(yīng)。</p><p>　?、?4H，溫度轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)的RAM中。</p><p>　　⑦BEH，讀暫存器。讀內(nèi)部RAM中9個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。</p><p>　?、?EH，寫(xiě)暫存器。發(fā)出向內(nèi)部RAM的第2,3字節(jié)寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。

80、</p><p>　?、?8H，復(fù)制暫存器。將RAM中第2,3字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中。</p><p>　?、釨8H，重調(diào)E2PROM。將E2PROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3,4字節(jié)。</p><p>　　DS18B20在出廠時(shí)默認(rèn)配置設(shè)置為12位，其中最高位為符號(hào)位，即溫度值共有11位，單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，一次會(huì)讀2字節(jié)共16位，讀完后將低11位的二進(jìn)制

81、數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)后再乘以0.0625便為所測(cè)的實(shí)際溫度值。另外，還需要判斷溫度的正負(fù)。前5個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，這5位同時(shí)變化，所以我們只需要判斷11位即可。前5位為1時(shí)，讀取的溫度為負(fù)值，且測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625才可得到實(shí)際溫度值。前5位為0時(shí)，讀取的溫度為正值，且溫度為正值時(shí)，只要將測(cè)得的數(shù)值乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度值。</p><p>　　3.7.2 DS18B20的主要特性</p

82、><p>　?、龠m應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍：3.0V～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；</p><p>　?、讵?dú)特的單線接口方式，DS18B20在于微處理器連接時(shí)僅需要一條接口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；</p><p>　?、跠S18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；</p>&

83、lt;p>　?、蹹S18B20在使用時(shí)不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；</p><p>　　⑤溫度范圍-55℃～+125℃，在-10℃～85℃時(shí)的精度為±0.5℃；</p><p>　?、蘅删幊痰姆直媛蕿?～12位，對(duì)應(yīng)的分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；</p>&

84、lt;p>　?、咴?位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；</p><p>　?、鄿y(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；</p><p>　?、嶝?fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作[15]。</p>

85、<p><b>　　4 軟件實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　軟件流程圖如圖4.1。具體操作過(guò)程是，機(jī)器人在一定的范圍內(nèi)，按照給定的線路前進(jìn)。前進(jìn)線路是由黏在白色平面內(nèi)的黑色膠帶給定。中間的紅外對(duì)管對(duì)準(zhǔn)黑線，兩邊的紅外對(duì)管對(duì)準(zhǔn)白線，當(dāng)偏離給定位置后，通過(guò)軟件控制，調(diào)整機(jī)器人的位置，到達(dá)終點(diǎn)后，首先，機(jī)器人停止，然

86、后尋找火源，找到火源后，將機(jī)器人機(jī)身上的風(fēng)扇對(duì)準(zhǔn)火源，進(jìn)行滅火，程序運(yùn)行至此結(jié)束，機(jī)器人也停止[16]。</p><p><b>　　5 調(diào)試</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)整體整體的硬件方案設(shè)計(jì)，我制作出來(lái)的硬件電路圖如圖5.1a和圖5.1b。</p><p>　　圖5.1a單片機(jī)核心控制部分</p><p>　　這

87、部分電路主要包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)和電源輸入模塊以及蜂鳴器報(bào)警、DS18B20溫度傳感器模塊、風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、與單片機(jī)40個(gè)管腳連接的排針幾個(gè)部分，之所以在單片機(jī)的40個(gè)管腳都連上排針就可以通過(guò)杜邦線直接連接各個(gè)單片機(jī)的I/O口與直流電機(jī)的輸入I/O口，方便控制。</p><p>　　圖5.1b電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</p><p>　　本部分是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的核心部分，J9為六個(gè)排針，通過(guò)連接這六個(gè)排針

88、到單片機(jī)的I/O口，就可以通過(guò)軟件來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)了。</p><p>　　根據(jù)上述原理圖，我最后制成的硬件實(shí)物如圖5.2。</p><p>　　a 整體俯視圖 b 硬件俯視圖</p><p>　　c 左側(cè)視圖 d 右側(cè)視圖</

89、p><p>　　圖5.2 硬件總體實(shí)物圖</p><p>　　在調(diào)試的過(guò)程中，最開(kāi)始，由于硬件制作過(guò)程的疏忽，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的一個(gè)接地的管腳忘記接上，導(dǎo)致把8V的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓一接上去就被拉低到1V左右，輸出只有0.6V左右，這根本就無(wú)法驅(qū)動(dòng)電機(jī)。首先我以為是電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的續(xù)流二極管由于接反而被燒壞或者是濾波電容被擊穿，所以我把這些元件都換了，結(jié)果還是原來(lái)一樣。接著我檢查了各點(diǎn)的導(dǎo)通性以及是否有短

90、路的點(diǎn)，但是電路連接正常。后來(lái)，我仔細(xì)看了原理圖才發(fā)現(xiàn)，我在給電路板覆銅的時(shí)候，選擇的是覆地，而L298N有三個(gè)管腳是要接地的，覆地之后，有一個(gè)管腳被覆成了死區(qū)銅，沒(méi)有和外界的地連接到一起，這才導(dǎo)致了電平被拉[17]。</p><p>　　在解決了上述問(wèn)題后，機(jī)器人的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等基本功能便得到了實(shí)現(xiàn)。然后就是解決尋跡。在焊接好紅外對(duì)管實(shí)現(xiàn)尋跡的相關(guān)元件，上電后，我首先在靜態(tài)模式下旋轉(zhuǎn)10K精密可調(diào)電位

91、器，將比較電平調(diào)好，在有光線反射回來(lái)（對(duì)管對(duì)著白紙）的情況下，輸出為高電平，無(wú)光線反射（對(duì)管對(duì)著黑紙）的時(shí)候?yàn)榈碗娖健傞_(kāi)始，我以為是錯(cuò)的，以為對(duì)管對(duì)著白線的話，光被反射回來(lái)，應(yīng)該輸出為低電平，而對(duì)著黑線的時(shí)候，光被吸收，輸出為高電平，后來(lái)才發(fā)現(xiàn)，它是經(jīng)過(guò)LM324反相運(yùn)放輸出的信號(hào)，恰好把信號(hào)求了一次反，這便與我該開(kāi)始的理論分析是一致的。</p><p>　　最后是尋找火源。用溫度傳感器DS18B20檢測(cè)。因?yàn)?/p>

92、DS18B20檢測(cè)的溫度只有125℃的樣子，而火焰的溫度在400℃左右，所以我設(shè)定了當(dāng)時(shí)的一個(gè)室內(nèi)溫度，當(dāng)檢測(cè)到的溫度與室溫的差值大于某個(gè)特定的值時(shí)，便停止檢測(cè)，啟動(dòng)風(fēng)扇滅火。至此整個(gè)的執(zhí)行過(guò)程結(jié)束[18]。</p><p>　　如圖5.3，為滅火的整個(gè)過(guò)程。</p><p>　　a 起點(diǎn) b中點(diǎn)</p>&l

93、t;p>　　c終點(diǎn) d滅火完成</p><p>　　圖5.3 滅火整個(gè)過(guò)程圖</p><p>　　在滅火調(diào)試的過(guò)程中我還碰到了幾個(gè)問(wèn)題，我首先是用一個(gè)NPN的三極管9013來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在實(shí)際中，由于單片機(jī)需要驅(qū)動(dòng)的模塊過(guò)多，無(wú)法給滅火電機(jī)提供足夠大的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇完成滅火，后來(lái)我采用了一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)驅(qū)動(dòng)那種功率稍微大的芯片UL

94、N2003，重新加入電路圖中，很好的解決了滅火這個(gè)問(wèn)題。在另一方面，在設(shè)計(jì)報(bào)警電路的時(shí)候，我忘記給單片機(jī)的I/O口加上上拉電阻，導(dǎo)致雖然用軟件控制給單片機(jī)的I/O口高點(diǎn)平，但是一接上蜂鳴器電平就被拉低到0.5V左右，這根本就無(wú)法驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，分析了電路原理圖后我給蜂鳴器控制I/O口加上了一個(gè)10K的上拉電阻，問(wèn)題也就解決了，最終滅火的時(shí)候能正常啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，風(fēng)扇也能在給定的時(shí)間內(nèi)把火熄滅[19]。</p><p&

95、gt;<b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)從構(gòu)思設(shè)計(jì)方案開(kāi)始到硬件的制作，以及軟件的調(diào)試花了很長(zhǎng)的一段時(shí)間?？傮w而言，我本人對(duì)自己的這個(gè)項(xiàng)目研究結(jié)果還算滿意。經(jīng)過(guò)上述分析設(shè)計(jì)，并且在將程序下載進(jìn)去進(jìn)行反復(fù)調(diào)試后，機(jī)器人能正確的完成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等基本動(dòng)作，并能按照預(yù)先設(shè)定的路線前進(jìn)，偏離路線之后能自動(dòng)調(diào)整過(guò)來(lái)，到達(dá)終點(diǎn)之后能順利地找到火源的位置，將機(jī)身上的風(fēng)扇對(duì)準(zhǔn)

96、火源，完成滅火，指導(dǎo)老師提出的基本功能都可以得到實(shí)現(xiàn)，。但還有一種思路，即直接用火焰?zhèn)鞲衅鲗ふ乙欢ǚ秶幕鹪?，這種方案省去了尋跡模塊，值得去嘗試。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蔡自興.《機(jī)器人學(xué)》[M].清華大學(xué)出版社，2009. </p><p>　　[2] 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（上、下冊(cè)）[

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98、;　　[6] 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）[D].北京：高等教育出版社，1988..</p><p>　　[7] ]胡壽松.《自動(dòng)控制簡(jiǎn)明教程》[M].科學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[8] 胡虔生，胡敏強(qiáng).《電機(jī)學(xué)》[M].中國(guó)電力出版社，2009.</p><p>　　[9] 邱關(guān)源.《電路（修訂本） 》[M].人民教育出版社出版,1982.&

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104、elligent Control and Automation, June 15-19,2004.HangZhou,P.R.China. 4937-4941.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的奮斗，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于宣告完成。由于制作經(jīng)驗(yàn)方面的欠缺，作為一個(gè)本科生的我，完成這樣一個(gè)設(shè)計(jì)難免有一些考慮不周的地方，但得益于很多幫

105、助我的同學(xué)和老師，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利完成。</p><p>　　隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的遞交，我的大學(xué)生涯即將結(jié)束。在這即將踏上社會(huì)的時(shí)刻，我要感謝很多人，我要感謝我的敬愛(ài)的老師，是你們辛勤培養(yǎng)了我，教給我知識(shí)和做人的道理；我要感謝我親愛(ài)的同學(xué)，是你們的關(guān)心和支持讓我走到了今天；我要感謝我熱愛(ài)的母校是你給了我這個(gè)放飛夢(mèng)想的舞臺(tái)。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作是在許多人的支持和幫助下完成的

106、，在此我首先要感謝我的指導(dǎo)老師，正是在他的指導(dǎo)下，我的設(shè)計(jì)才能得以展開(kāi)，還有我的搭檔，他給了我很多啟發(fā)和建議，正是有他們的幫助我的制作才能最終完成，最后我向所有關(guān)心我、支持我、幫助我的老師同學(xué)表示衷心的感謝！</p><p><b>　　附錄A 主要程序</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p&g

107、t;　　#include<intrins.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define shiwen 27 //室溫</p><p>　　sbit SDA=P2^0; //

108、風(fēng)扇</p><p>　　sbit DS18_DATA=P2^2;//ds18b20數(shù)據(jù)口</p><p>　　sbit FM=P2^3; //蜂鳴器</p><p>　　sbit MOTOR_L=P2^4;//馬達(dá)左</p><p>　　sbit MOTOR_R=P2^5;//馬達(dá)右</p><p>

109、　　sbit ST188_L=P0^2;//對(duì)管左</p><p>　　sbit ST188_M=P0^1;//對(duì)管中</p><p>　　sbit ST188_R=P0^0;//對(duì)管右</p><p>　　sbit INT_1=P1^5;</p><p>　　sbit INT_2=P1^4;</p><p&g

110、t;　　sbit INT_3=P1^3;</p><p>　　sbit INT_4=P1^2;</p><p>　　sbit EN_A =P1^1;</p><p>　　sbit EN_B =P1^0;</p><p>　　uchar temp;</p><p>　　float f_temp;</p&g

111、t;<p>　　uchar wendu;//溫度</p><p>　　void delay_1ms(uchar z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)<