火灾预警机器人设计_课程设计(编辑修改稿)

火灾预警机器人设计_课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

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 360176。 自由转向 火灾预警机器人设计 2 2 设计思路 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： 图 总体设计方块图 声 光 报 警 电 路 设 计 电 机 驱 动 模 块 设 计 避 障 传 感 器 模 块 设 计 驱 动 灭 火 电 路 设 计 距 离 传 感 器 模 块 设 计 信 号 采 集 电 路 设 计 火灾预警机器人设计 3 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。 火灾预警机器人设计 4 3 软件流程图 图 软件流程图 开始 是否检测到火源 结 束 是 程 序 初 始 化 调用声光报警子程序 启 动 寻 火 程 序 前方是否有障碍 左转或右转避开障碍 启 动 灭 火 否 是 是否有信号输入 A/D 转 换 是 否 通过舵机控制风扇方向灭火 是否检测到火源 是 否 火灾预警机器人设计 5 4 各部分程序设计 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。 PbS光敏电阻的暗电流为 1MΩ，亮电阻的阻值为 （ 辐照度 1mW/cm178。 下测试 ） ，峰值相应波长为 m，恰为火焰的峰值辐射光谱。 由 V电阻 R 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 m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 V 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 明火检测报警器 火灾预警机器人设计 6 图 42 机器人的轮子分布 图 43 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。 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 44 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。 直流电机 2 直 火灾预警机器人设计 7 直流电机的机械特性 图 45 直流电动机的机械特性 图 46 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 )。 直流电机驱动电路 图 47 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，它主要实现直火灾预警机器人设计 8 流电机的正反向驱动，其典型电路形式如下图： 图 48 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 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 49 所示： 图 49 L298 电机驱动电路 L298N 的 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。 火灾预警机器人设计 9 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。