灭火机器人毕业设计论文
灭火机器人的设计与实现
本系统大体＿上可以分为六个模块 ，它们 的关系如图１所示。
控制 器 模块
１．４ 电机 驱 动 电路 采用内部集成有两个桥式电路的专用芯片Ｌ２９８所组成的电机驱动电
现象 ，因此采用低压降的三端稳压器成为必然。此外 ，采用ｌｍ７８０５，和 １ｍ７８０９￣为稳压芯片。电源控制模块的布局如 图２所示。
图２ 系统 电压 调 节 图
图３系 统 主程 序 流程 图
３ 结 论 该 灭火 机 器 人能 在 一个 ３ｍ×１．５ｍ的 区域 内 区域进 行 灭火 工 作 。 以蜡 （下转 第 １０７页 ）
图１系统模块示意图
１．１ 控制器 电路和风扇电路
该系统 以ＡＶＲ ＡＴｍｅｇａ１６作为核心控制模块 ，ＡＶＲ与传统类型的单
片机相比，除了必须能实现原来的一些基本的功能 ，其在结构体系、功 能部件、性能和可靠性等多方面有很大的提高和改善 。ＡＴｍｅｇａｌ６是基于 ＡＶＲ ＲＩＳＣ的低功能ｃ０Ｍｓ的８位高性能单 片机具有丰富的资源 ，它具有四
机器人技术是融合了机械、电子 、传感器 、计算机 、人工智能等许 多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术 。该灭火机器人以ＡＶＲ ＡＴｍｅｇａｌ６￣为核心控制模块 ，此外还有电机驱动模块 、电源模块 ，系统 采用两个火焰传感器进行信息采集 ，以判断火焰的位置 ，同时采用ＰＷＭ 技术 ，控制 电机的转向和转速。系统用ＬＣＤ（ｔａｑ￣ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶 显示屏 ）作为人机交互界面 ，用来显示传感器的输出电压 ，以便 于智能 小车 的相 关 参 数调 整 。
智能巡检灭火机器人的设计方法研究与实现
智能巡检灭火机器人的设计方法研究与实现摘要：为了实现对室内火灾的自动巡检、报警以及扑灭，设计了一种基于可见光及红外图像融合的智能灭火机器人。
在巡检模式下，四轮小车自主移动，安装于其上的可见光摄像头定时捕捉系统周围的图像，并通过基于RGB颜色的火焰特征算法识别是否有火灾的发生。
为了防止误识别的发生，采用红外图像验证火焰的真实性；在灭火模式下，系统首先通过网络向上位机发送火灾信号，同时通过视觉定位火焰方位，通过超声模块和红外避障模块实现自动避障并靠近火焰。
当距离小于设定阈值时，启动喷淋系统，实现火灾扑灭功能。
实验表明，在室内环境下，融合可见光及红外图像的火焰识别算法可对火焰进行准确识别。
关键字：可见光；红外图像；火焰特征；避障1.引言本文提出了一种基于可见光和红外图像融合算法的智能灭火机器人。
该系统由可见光摄像头、红外摄像头、超声测距模块以及四轮移动小车组成，其中可见光及红外摄像头经过校准，拍摄场景重合，采用树莓派作为其核心控制模块。
在未发现火情的情况下，载有摄像头的小车按设计路线完成巡检工作，其上方的可见光摄像头则实时捕捉周围场景图像，并通过基于RGB颜色的火焰特征算法识别是否有火点产生。
为了避免环境光线对识别算法产生的影响，一旦在图片中发现火点，则启动红外摄像头采集环境中的红外数据，当数据矩阵中的任何一个元素数值超过设定的温度阈值，则认为有起火点。
根据起火点在图像中的位置，树莓派控制小车向起火点方向移动，其间通过安装于车辆前方的超声测距模块实现避障。
当车辆与起火点距离足够近时，系统启动喷淋系统。
1.基于RGB颜色的火焰识别算法该算法本质上是一种统计学中的抽样调查方法，其核心为找出火焰颜色中RGB分量的特征规律。
根据相关参考文献可知，可通过如下公式1的方法获取RGB各颜色分量的平均值Av。
其中下标m取值R、G、B表示对应的颜色通道；k的取值为图片中像素点的个数，通常取值为图片高与宽的乘积（w*h）；P表示对应的像素点。
灭火机器人结构与控制设计
摘要面对诸多恶劣的工作环境(如灭火、救援等)，为了有效的避免人员伤亡，就需要采用智能小车去现场来完成相应的任务。
因此研究和开发智能小车引导控制系统具有十分重要的意义。
本系统采用68HC11单片机作为核心控制芯片，设计制作了一款通过红外光电传感器检测路径信息、红外火焰传感器检测火源的智能寻迹灭火小车。
本系统由单片机控制模块、寻迹传感器模块、驱动电机模块、火源传感器模块、风扇模块、电源模块等组成。
实际应用表明，该小车可以在专门设计的场地上实现自主发现火源，自主识别路线，自主行进接近火源并灭火，最终完成灭火的任务。
关键词：单片机，小车，引导控制，传感器AbstractContent: Confronted with so many bad working environment (such as fire fighting, rescue etc), in order to effectively avoid casualties, need to use intelligent go by car scene to complete relevant tasks. Therefore, the research and development of intelligent car guide control system has the extremely vital significance. This system uses 68HC11 as the core control chip, design and make a new electric sensor detection by infrared sensor information, infrared flame path of intelligent tracing test fire extinguishing car. The system is composed of single-chip microcomputer control module, tracing sensor module, drive motor module, ignition sensor module, fan module, power supply module. The practical application indicates that the car can be in a specially designed field on fire, to realize the independent found autonomous recognition route, independent sources and marching close to the fire extinguishing, finally complete task.Keywords: Microcontroller , Car ,Control system, Sensors目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题来源与意义 (1)1.2课题背景 (1)1.3课题研究方法 (2)第二章能力风暴机器人的基本构成 (3)2.1外形构造 (3)2.2主板 (4)2.3 68HC11的基本知识 (4)2.4传动结构——齿轮箱 (5)第三章方案设计与论证 (6)3.1总体设计方案 (6)3.2小车的制作方案设计与论证 (6)3.3驱动电机模块的选定 (7)3.4寻迹传感器模块的选定 (7)3.5单片机控制模块的选定 (8)3.6火源传感器模块的选定 (8)3.7灭火模块的选定 (9)3.8电源模块的选定 (9)3.9最终方案 (9)第四章灭火控制方案与策略 (11)4.1 灭火场地 (11)4.2行走方案分析与确定 (11)4.3火焰定位 (13)4.4传感器的布置 (14)第五章灭火机器人灭火装置及结构设计 (15)5.1灭火方案的确定 (15)5.2水泵灭火装置结构设计 (16)5.3灭火机器人外形设计 (19)第六章控制程序设计 (20)6.1智能灭火小车系统总体流程 (20)6.2程序流程图 (21)6.3部分功能代码 (24)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)第一章绪论1.1课题来源与意义随着时代的发展，机器人已经不是一个陌生的名词了，现在的电影大片中经常性的出现机器人，它们存在于工厂，普通人的家里，科技研究所，马路上等等，它们有智能的也有非智能的，有人型也有普通机械式的，其中对我们这代人来说印象最深刻的就要是风靡一时的好莱坞电影大片《变形金刚》，里面的机器人不但可以变身而且它们有自己的思想，是智能机器人但又高于智能机器人，它们近乎是一个个完整的独立的“人”。
声波灭火机器人的设计
声波灭火机器人的设计摘要：本设计从安全与自动化灭火的方向出发，通过对传统灭火机器人灭火机构的结构、原理、优缺点进行深入研究，其次经过收集整理资料调查发现机器人在灭火的时候遇到的高效与污染问题。
我从声波灭火原理所受到启发，设想出一款声波灭火机器人，实现节约资源、高效灭火和污染小，让灭火趋于更加简洁、轻便、环保的方向发展，并解决传统灭火机器人无法大量投入使用的问题。
关键词：灭火；声波；机器人1 引言目前国内经济技术的发展，智能化已成为发展的趋势，而机器人就是智能化的结晶，各行业机器人在不断地出现，消防行业对灭火类机器人的需求也越来越急迫，现有的消防机器人体积大，还受制于消防水携带，这限制它们进入建筑内部进行有效的灭火。
而能进入建筑内的灭火的机器人存在，但无法长时间工作，且会对周围环境造成二次污染的问题，因而灭火介质的选用决定了消防机器人资源利用率，促使消防机器人的普及难度大，投入使用量低。
现有的灭火机器人一般使用的灭火介质为泡沫与清水，但以水和泡沫作为灭火介质的灭火机器人无法应用于电气之类的火灾，因此不能适应多样的环境，又因结构的原因无法进入建筑内部进行有效的灭火。
显然传统灭火机器人无法满足这样的要求，也无法保证对环境不被污染。
为了降低火灾造成的生命威胁和财产损失，保障消防员的安全，保护建筑不遭破坏，避免对环境的二次污染，因此，研制了一款新型消防灭火机器人，可应用于多样事故现场环境成为紧要的问题[1]。
2 总体结构设计声波灭火机器人主要由控制系统、传动装置、感应装置、降温装置和灭火装置五部分组成。
选择arduino作为控制系统通过感应装置获取现场的火焰距离、温度、障碍物距离等信息，从而有效控制声波灭火机器人的前进和停止方向、灭火、降低内部环境温度的目的。
声波灭火器的转动方式及方向，声波灭火器的材料的选用及校核，选定声波灭火器最简单省力的旋转方式，声波灭火器的转动方向的选择是否符合可行性；传感器选择，根据频率响应特性、灵敏度特性、线性范围、稳定性、价格、精度，选用火焰传感器、声波传感器、红外测距传感器、灰度传感器；当火灾发生时温度高达400℃，因此声波灭火机器人需要降温装置进行降温，为提高机器人的灵活性，本设计不采用外部水源进行降温，而采用内部循环系；考虑到火灾现场环境情况复杂且温度高，在平面存在无障碍物的概率接近于0，所以要求声波灭火机器人要有一定的翻越障碍物和避开障碍物的能力，同时要求声波灭火机器人要有一定的耐高温性能，显然轮式运动结构不足以达到此目的，故选择具有良好越障能力隔燃橡胶的履带结构[2]。
基于ROS系统的消防机器人设计研究
基于 ROS 系统的消防机器人设计研究摘要：本论文基于ROS系统研究了消防机器人的设计及应用，并讨论了其在未来的发展前景。
通过对消防机器人的研究现状和背景的介绍，分析了ROS系统在消防机器人设计中的优势和应用价值，并提出了进一步的研究内容和展望。
火灾是一种危险的自然灾害，常常伴随着高温、浓烟、坍塌等危险情况，消防机器人的研究旨在提高消防人员的工作效率和安全性，还可以应对其他危险环境，如核辐射泄漏、化学物质泄漏等。
随着机器人技术的迅速发展，包括传感器技术、自主导航、人工智能和机器学习等方面，这些技术的进步为消防机器人提供了更多的能力，使其能够在复杂和危险的环境中执行任务。
通过对于智能消防机器人的深入研究，能够更加完善智能机器人在消防领域的基础理论分析与实际运用能力，使消防机器人可以逐步地取代传统消防队伍或者尽可能地更大程度地保护灭火工作人员，从而成为中国消防设备现代化和社会化推进、应用发展的重大体现，同时也能够在研发与设计过程的整个流程中找到根本问题、延伸问题，使得这次关于智能消防机器人的研究设计有着重要的实际意义与理论探索意义。
其次，当前智能消防机器人在人机交互技术上还有很大的进步空间，在交互产品设计领域，人机交互成为备受关注和重点研究领域，正作为现代设计中不可或缺的设计原则和方式，通过把人机交互理论整合到新产品的开发和设计中，将有助于提高产品设计的可用性以及提高用户的良好互动感受。
最后，从可视化角度分析，无论是可视化理论、可视化方法以及应用，都是人向机器、机器向人的双向信息传递，在此运用到了信息的输入和输出技术。
可视化是从机器到人的信息传递方式与过程，更加符合人的感知过程，能够更加准确快速地获得信息，且从人机交互的角度出发，可视化也属于人机交互的一部分。
对于消防机器人的科研技术能力，相比较而言，日、美、德等西方国家的实力较强。
随着科技的发展，对于智能消防机器人的研制也层出不穷，从只能进行基础消防和遥控，到可以进行环境的感知以及可以使用计算机来进行辅助消防，再到能够自主识别、自我规划等智能型消防机器人，每一次的技术更新都使得救援消防更加迅捷高效。
灭火机器人的设计与实现
型钢混凝土柱确定轴压 比限值的方法 和钢筋混凝土柱确定轴压 比限 值的方法不 同在于考虑了钢骨含量对轴压比的影响。推导轴压 比时 ，为 推导公式方便 ，同样把外包钢骨转化为连续 的钢板 ，利用平截面假定和 外包钢的连续化 。
轴压力限值的试验值
ｌ＋ ｇ ｙ ＋Ｓａ １ Ｌ ＋Ｌ
＋
２￡
２×Ｏ．０Ｏ３
，
］＝ｄ（１ ６ ＋ｌ ２７｛ ·等 等 ＋ｏ．３４等 ·Ｐ ）
…
式中：ｃＬ为抗震等级影 响系数 ，一 、二和三级分别取Ｏ．８、０．９和１．Ｏ； ｂ，＾为柱截面的宽和高 ；ｄ为考虑钢骨腹板 的计算厚度 ，按文献 中公 式计算 ；ｐ 为配钢管率。
２ 采 用控 制轴 压 力 限值 （即 《型 钢 混凝 土 柱 》 轴 压 比 限值 ）的 方法
图４ 灭火 实 验 场地
参 考 文献 ［１］刘海成 ．ＡＶＲ单 片机原理 及测控 工程应 用．北京航 空航天大 学 出版社 ，２００８ ［２１朱玉 玺，崔如春 ．等 ．计 算机控 制技术 ．电子工业 出版社 ，２００５ 【３惆 荷 琴，吴秀清 ．微 型计算 机原理 与接 口技 术＿中国科 学技术 大学出版社 ，２００８ （４】杨恢先 ，黄辉先 ．单 片机原 理与应用 ．人民邮 电出版社 ，２００６． ［５１郭天 祥－新概念 ５ｌ单 片机Ｃ语 言教程 ．电子工业 出版社 ，２００８．
巍霸
应 用科 学
１０７
钢 骨钢 管 混凝土 柱轴压 比限值 的讨论
蔡洪 洲 ，赫 芳 （１．中地海外辽 宁建 筑１－程有限责任公 司 ，辽宁沈阳 １ １００３４；２．辽 宁天维纺织研究建筑设计集 团有限公司 ，辽宁沈 阳 １ １００１５）
摘 要 提ｍ界 限破坏时钢骨 一钢管混凝 土组 合柱轴压 比和轴力 比限值 。 关键 词 钢管 一钢骨混凝 土组合柱 ；界限破坏 ；轴 压 比限值 中 图分 类号 Ｔｕ 文 献标 识码 Ａ 文章 编 号 １６７３～９６７１一（２０１０）０８１—０１０７—０ｌ
灭火机器人的工作原理与设计
摘要随着社会与国家的发展，在经济迅速增长的同时，各种危险场所不可避免的火灾频繁出现，给社会安全造成了很多隐患，于是现代火灾及时补救已成为迫在眉睫需要解决的问题，救火早一刻就少一分损失，消防救援人员固然速度已经很快，但也需要一段不小的时间，而且进入救火现场还有生命危险的可能，于是消防机器人的理念诞生了。
首先阐述了研究灭火机器人发展及其意义，接着介绍了机器人的硬件系统及其控制原理。
重点分析研究能力风暴机器人进行灭火的方案实现。
包括灭火装置硬件的选用，用风扇灭火装置及远红外线火焰探头能实现更好的灭火效果。
其次先确定探头对火源的光强临界值，是机器人对火源的定位更精准，从而移动灭火机器人，实现灭火。
关键词：机器人寻找火源灭火AbstractWith the social and national development, rapid economic growth, the inevitable fires of various dangerous places frequent to cause a lot of hidden dangers of social security, so the modern fire in a timely manner has become a pressing need to remedy problems, fighting back the moment on curbing losses, while fire and rescue personnel have quick speed, but do not need a little time, and enter the fire scene may have life-threatening, was born the idea of fire-fighting robot.First, the study described the development of fire-fighting robots and their significance, then introduced the robot hardware system and control theory. Focus of research capacity to conduct fire storm robot program to achieve. The selection of hardware devices, including fire, fan the flame extinguishing devices and infrared sensor can achieve better fire-fighting effects second, the probe first determine the intensity of the fire threshold, a robot more accurate positioning of fire, fire-fighting robot to move to achieve fire.Keywords: Robot, Find fire, Fire目录第1章绪论 (1)一机器人的发展 (1)二研究灭火机器人的意义 (2)第2章灭火机器人的系统结构 (3)一机器人的概述 (4)二机器人的系统结构 (4)（一）传感器 (4)（二）控制单元 (5)（三）驱动与传动 (5)第3章机器人灭火硬件的硬件扩展装置 (6)一灭火硬件扩展的选择 (6)二灭火风扇装置 (6)三远红外线火焰探头 (8)第4章机器人灭火项目程序的实现 (12)一灭火过程的分析 (12)二机器人找火的过程 (12)三机器人灭火的过程 (13)第5章结论 (14)结束语 (15)参考文献 (16)第1章绪论一、机器人的发展机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发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发展①。
灭火机器人设计文档
指导老师：温锦辉设计人员：肖植航姚文青向珊设计时间：2009年5月摘要：根据灭火机器人的竞赛规则，给出了灭火机器人的硬件结构设计方案和软件设计流程。
所用的机器人处理器为AVR单片机，主要利用红外传感器、声音火焰集成传感器、地面灰度传感器对环境进行检测，使机器人在场地中按照预定的方案寻找火源并扑灭。
关键词：灭火机器人；传感器；ATmega32Abstract： Based on fire-fighting robot contest rules, given the structure of fire-fighting robot design hardware and software design process. Processor of the robot used for AVR microcontroller, the main use of infrared sensors, integrated voice flame sensor, ground-based gray-scale detection sensors on the environment, so that in the space of the robot according to the source program to find and fight the fire.Keywords： fire fighting robot; sensor; ATmega32目录1、引言机器人竞赛是近年来迅速开展起来的一种对抗活动，它涉及人工智能、机械、电子、传感器、精密机械等诸多领域。
通过竞赛可以培养学生的创新意识、动手能力、团队写作能力等。
其中灭火比赛是开展范围最广、影响最大的机器人竞赛项目之一。
比赛规则为模仿生活中消防员灭火，机器人从H点出发，在四个房间内寻找任意摆放的蜡烛，并且设法将其灭掉。
比赛场地的墙壁高33cm，材质为木板，颜色为黑色。
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毕业设计论文题目灭火机器人目录第1章绪论 (2)1.1 机器人产生的背景 (2)1.2 灭火机器人设计的目的和意义 (3)第2章系统设计方案研究 (4)2.1 整体方案设计 (4)2.2 硬件实现方案. (5)2.3 软件总体设计方案 (9)第3章硬件单元电路设计 (10)3.1 电源电路 (10)3.2 微控制器模块的设计 (11)3.3 电机驱动电路的设计 (15)3.4 寻线电路的设计 (19)3.5 火焰检测电路的设计 (24)3.6 声音报警与灭火 (25)第4章软件实现 (27)4.1 软件开发平台介绍 (27)4.2 主程序流程图 (28)4.3 寻线程序流程图 (29)4.4 灭火程序流程图 (29)第5章统功能调试 (30)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)摘要本设计主要灭火机器人的制作与研究，小车以单片机为控制核心，加以电源电路，机电驱动，光电传感电路，灭火风扇以及其它电路构成。
电源电路提供系统所需的工作电源,专用电机驱动芯片驱动电机控制小车的前后移动和左右转向光电对管完成循迹和避障，光敏电阻传感器检测火焰，灭火风扇进行灭火。
本设计制作的小车具有灭火功能，达到了实验现场灭火的目的，较好的完成了课题目标关键词：传感器灭火机器人直流电机风扇1 绪论1.1 机器人产生的背景首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发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发展。
另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，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，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。
那么什么是机器人呢？人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。
但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。
那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望21世纪，机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期。
刚才我们用了短暂的时间，讲了机器人的发展以及我们对机器人的看法，进行了简单地介绍，相信大家在今后的学习中，能够加入到我们研究机器人这个行列中。
1.2. 灭火机器人设计的意义和目的近几十年中，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安全，消防机器人研究被提到了议事日程。
而机器人技术的发展也为这一要求的实现提供了技术上的保证，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。
比如，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发展，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，避免消防员生命伤亡。
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发展。
2 系统设计及方案比较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，选择合适的器件。
最终确定手工制作小车，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。
2.1 整体方案设计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，分布在小车行走的场地中）。
小车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，以达到小车智能灭火的目的。
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2.2.1 MCU的选择的选择的选择的选择近年来，单片机应用技术发展迅速，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合适的MCU带来了很大的困难。
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，在语音播报的同时小车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。
2.2.2 电机选择本系统为智能电动车，对于电动车来说，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，可以实现小车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，不适用于小车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小车行进驱动电机，用舵机来做小车的驱动转向电机。
2.2.3 传感器的选择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。
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γ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。
寻迹传感器用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，4-10mm可用。
ST178的示意图和特性曲线如图2-3所示。
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3。
(a)ST178示意图 (b) ST178特性表避障传感器的选择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2.2.4 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、手工制作车体。
2、采用Atmega128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。
2.3 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，调整小车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。
3 硬件单元电路设计9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4.5 - 5.5V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3-1。