火灾探测机器人

1、编号： 桂林电子科技大学信息科技学院 毕业设计(论文)说明书题 目： 火灾探测机器人的 设计与实现 系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型：¨理论研究 ¨实验研究 ¨工程设计 ¨工程技术研究 ¨软件开发 ¨应用研究 年 月 日III摘 要灭火机器人是智能机器人研究应用之一，我国从八十年代末期开始消防机器人的研究，但是我国消防机器人的研究还处在初级阶段，还有许多待研究的问题。本次设计的火灾探测机器人主要是针对消防机器人的制作与研究。本文中机器人主要以AT89S52单片机为控制核心，加以电源电路、电机驱动

2、电路、光电传感电路、火焰检测电路、风扇灭火装置以及无线遥控电路构成。通过火焰传感器和避障传感器采集信号，将信号送给单片机进行分析处理，然后再将信号送给L298N驱动电路，做出相应的行进动作或者灭火动作。机器人也可以切换到无线遥控模式，人工控制进行灭火。本设计实现了，在指定的场地能找到火源，并且接近火源，在不触碰火源的情况下进行灭火，完成了设计要求。这对于研究，消防机器人有一定的意义。关键词：智能；消防；火焰传感器；红外线；避障；AT89S52；灭火AbstractFire-fighting robots are intelligent robot research of the applica

3、tion, Our country from eighty s began to fire robot research, But in the robot research are still in the primary stage, there are many waiting for research. This design of the Fire detection robot design and implementation, This design is mainly for the production and research fire robot. The robot

4、in this paper mainly made of AT89S52 SCM as control core, add to power circuit，motor drive circuit, photoelectric sensor circuit, flame detection circuit, electric fan fire extinguishing devices and Wireless remote control circuit to form . Through the flame sensor and obstacle avoidance sensors to

5、collect signal, will signal to analyzed with a single chip microcomputer, and then will signal to L298N drive circuit, makes the corresponding action travel or fire fighting action .The robot can also switch to wireless remote control mode, artificial control on the fire fighting .This design is rea

6、lized in the specified field can find fire, and close to the fire, in not touch the fire extinguishing, completed the design requirements .For this study, fire control robot is of certain significance.Key words:Intelligent; Fire; Flame sensor; infrared; Avoid obstacles;AT89S82SCM ; Fire extinguishin

7、g目 录 引言11 任务要求与总体设计方案11.1 设计任务要求11.2 总体设计方案21.2.1设计总方案选择21.2.2硬件设计方案21.2.3软件设计方案42 系统硬件电路设计42.1 单片机主控制模块42.2 L298电器驱动电路模块52.2.1电机驱动方案选择52.2.2电机驱动电路62.3 火焰传感器模块72.3.1火焰传感器选择方案72.3.2火焰传感器模块82.4 避障模块92.4.1避障传感器选择92.4.2红外线避障传感器102.5 稳压电源模块112.6 继电器驱动灭火风扇电路112.7 无线遥控模块122.7.1无线遥控模块方案选择122.7.2无线遥控模块123 系统

8、软件电路设计143.1 主程序流程设计143.2 自动模块153.2.1灭火模块153.2.2自动模块总流程163.3 遥控模块174 系统调试194.1 硬件电路调试194.2 软件电路调试214.3 整体调试224.4 性能分析225 结论23谢辞24参考文献25附录26桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 32 页 共 32 页引言当今社会，由于人们的防火意识比较差，生活中得火灾频繁发生，再加上一些特殊建筑物的涌现，譬如，高层、地下建筑与大型的石化企业等。在它们发生火灾时，很难实现快速高效的灭火。研究一种实用的能替代消防救援人员遥控进入有毒、有害(非易燃易爆)、易坍塌建

9、筑物、大型仓库堆垛、缺氧、浓烟、放射性等室内外危险灾害现场进行探测的消防救援机器人，来解决有关消防人员人身安全、时间限制、数据采集量不足和不能实时反馈等问题，是非常紧迫和必须的。设计通过制作小车式机器人，以寻光运动为基础，红外线遇障报警为突破，实现机器人灭火功能的方法，模拟在夜间无人或人们在睡眠低警惕状态发生火灾时的特殊环境，进行报警灭火。随着科学技术的迅速发展，智能化也是提出了进一步的要求，智能机器人的研究在实际应用中就有了很大的发展空间，机器人技术是一项综合性的科学，他涉及机械、电子、计算机、智能控制等领域。智能机器人的技术应用了信息技术中的感测技术、传感技术、控制技术等，是信息技术课程和

10、相关科技活动的良好载体。一些发达国家已经看好智能机器人教育对未来高科技社会的影响，我国也已经在这一方面做出了一些积极的努力。灭火机器人就是智能机器人研究应用之一，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大量的成果，“自行式消防炮”已经投入了市场，“履带轮式消防灭火侦查机器人”也于2006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，还有许多待研究的问题。在高层建筑发生火灾，消防员不可能在短时间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判定火源位置；而在石化企业发生火灾时，将产生大量毒

11、气，消防人员在灭火时容易中毒。所以研制能够用于这些场合的侦查灭火机器人，协助消防人员进行火灾定位灭火，将有极大地社会意义。根据本次设计要求，本系统由控制器模块、电源模块、直流电机及驱动模块、避障传感模块、避障模块、火焰传感器、灭火系统及其驱动模块等组成。控制模块以单片机为控制核心进行处理和控制，在模拟的区域内，避障传感器和火焰传感器主要是对机器人的行进路线做出控制和指引，引导小车走向火源，并且不碰撞墙壁，最后锁定火源，接近到一定程度后，进行灭火。从而达到不需要人进入火场灭火的目的。1 任务要求与总体设计方案1.1 设计任务要求本次设计，要求设计一个火灾探测及灭火的机器人模型，能到指定区域进行灭

12、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，然后进行分析并作出相应的动作，以达到小车智能灭火的目的。设计主要采用AT89S51单片机为核心控制系统，通过接收和处理系统中各个模块的数据，利用C语言编程完成整个系统不同模块的控制。1.2 总体设计方案1.2.1设计总方案选择（1）设计总方案选择方案一：采用迷宫小车循迹原理，在小车前端以及右端都设置避障传感器用来检测信号，使小车靠右行走，在小车的前端设置1个火焰传感器，用来定位，当火焰传感器检测到信号的时候小车直行，直到走到蜡烛面前的时候，开启灭火装置进行灭火。此方案行进路径比较麻烦，而且靠右行走必须要进行

13、电机调速，由于电机转速和轮胎摩擦不一样的原因，当设定直行程序时，机器人行进路线并不是直线，经过电机调速，也很难达到平稳直行，考虑到这些原因，在转弯也容易造成碰撞，故放弃此方案。方案二：小车采用寻火方案，小车前方设定3个火焰传感器，一个正中，其余两个分部在正中间的两边，形成对称的角度，小于30度。小车进入场地内先扫描一约60度，如果中间传感器没有感应火焰，小车回正继续前行；如果感应到，小车则对着火焰直行，如果行进路线有偏差，则靠左右2个火焰传感器进行调整。前端和右端设置有避障传感器，防止小车发生碰撞，当小车行进到蜡烛前时，前端的避障传感器和火焰传感器同时都有信号，开启灭火装置进行灭火。经过对比，

14、方案二比较可行，故采用方案二。（2）灭火方案选择方案一：用风扇灭火方案在机器人前方，安装一个风扇，并且将风扇对准正中的火焰传感器。当接到灭火信号时，风扇转动，吹灭火焰，以达到灭火的目的。此方案由于风扇风力的不同，灭火比较困难。而且在真正的火场里面用风灭火也是很难实现的。方案二：用水灭火方案在机器人上安装一个水箱，底部安装一个抽水泵，并且将导管引到前方传感器的位置对准，当接到灭火信号时，抽水泵启动，抽出水箱里面的水，经过导管喷向火源，以达到灭火的目的。此方案抽水灭火，需要在车上装一个水箱，但灭火效果相比风扇要好很多。方案二，用水灭火在现实生活中比较可行，所以在原始设计方案内采用了此方案，单后期制

15、作时，由于带动行进的电机负载能力不够，无法带动水箱，所以采用方案一，用风扇灭火，也可以达到本次演示的目的。1.2.2 硬件设计方案本设计主要是由电源模块提供所有部分所需的电源，火焰探测模块进行火焰寻找，并且将信号送给控制模块来进行灭火，途中如果遇到障碍，则由避障传感模块将信号传送给控制模块做出相应的避障措施。无线遥控模块可以手动远程遥控机器人，进行左转、右转、直行、灭火这几个动作。系统原理框架图如图1-1所示。无线遥控模块电源模块控制模块避障模块火焰探测模块电机驱动行进模块灭火模块图1-1 系统原理框架（1）电机的选择本系统为智能机器人，对于机器人来说，驱动电机的选择就显得十分重要。下面我们分

16、析了几种常用的电机。方案一：步进电机由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现机器人前进的路程和位置精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，但是步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，而且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用与机器人等有一定速度要求的系统。方案二：舵机顾名思义是控制舵面的电动机。躲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，在制作机器人时也苍苍能看到它的应用。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驱动当中。如机器人的关节，飞机舵面等。方案三：直流减速电机直流减速电机转动力

17、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。所以在行进上速度比较快，负载能力也不错。经过对比分析，直流减速电机能够较好的满足系统要求，并且控制起来比较方便，因此在本设计中选择直流减速电机作为机器人的行走驱动电机。电机参数如表1-1所示。表1-1 直流减速电机参数工作电压参数直流6V电机（不加齿轮的参数）转速125转/分钟电流80-100mA齿轮箱减速比48:1空在转速200转/分负载转速160转/分输出扭矩1.0kg·cm轮胎直径6.6cm空载车速41.4米/分电流120-140mA重量50g外形尺寸70mm&

18、#215;22mm×18mm噪音65dB1.2.3 软件设计方案本系统软件设计采用的是C语言编程，运用Keil uVision3软件平台进行编程及编程，设计中的所有程序先在，Proteus 7 Professional 仿真软件中，进行运行测试，然后再通过编程器下载程序。对于硬件的模块设计方式，软件部分也采取分模块编程。程序分成遥控和自动2个模块，在自动模块内，小车自行寻找火焰，并且进行灭火；在遥控模块内，小车可以手动操作，进行灭火。2 系统硬件电路设计2.1 单片机主控制模块（1）MCU方案选择方案一：选择Microchip公司的PIC系列单片机PIC单片机是一种简单指令型的单片机

19、，指令数量比较少，如果使用汇编语言编写程序，在PIC中低档单片机中比较麻烦且需要翻页，而且性价比不高，价格昂贵。方案二：选择Atmel公司的AT89S52单片机AT89S52(管脚如图2-1)是一个低功耗，高性能的51内核八位CMOS单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM）。32个IO口，2个16为可编程定时计数器。且该系列的51单片机可以不用烧写器而且直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼

20、容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，功能强大的微型计算机的AT89S52为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。因此单片机芯片选择方案二。图2-1 AT89S52芯片管脚图（2）单片机主控电路设计单片机主控电路设计是以AT89S52为核心，外接红外避障传感器模块，红外火焰传感器模块，L298N电机驱动模块，三极管开关控制继电器驱动风扇灭火模块，电源等硬件电路。AT89S52工作在12MHZ的频率下，采用+5V的直流电源供电，根据单片机各个引脚功能， P0.0-P0.5为红外火焰避障传感器模块和红外火焰探测传感器模块，P0.6接自动和遥控切换模块的开关。P2接L298驱动行进电动

21、机模块和继电器驱动风扇灭火模块。P1.0-P1.3接无线遥控信号模块。S1为复位开关。单片机主控电路图如图2-2。图2-2 单片机主控电路图2.2 L298电器驱动电路模块2.2.1电机驱动方案选择方案一：利用ULN2003来使电机转动ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。 输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。 ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先

22、需要标准逻辑缓冲器。ULN2003具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。方案二： L298N来驱动电机L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。在对直流电动机电压的控制和驱动中，半导体功率器件(L298)在使用上可以分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式在线性放大驱动方式，半导体功率器件工作在线性区。其控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小，而且电路简单，使用比较方便。

23、方案三：采用DSP芯片，配以电机控制所需要的外围功能电路这种方案是通过数控电压源调节电机运行速度，实现控制物体的运动轨迹。该方案优点是体积小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。但系统软硬件复杂、成本高。方案四：继电器控制采用继电器对电动机的开和关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，实现容易，价钱便宜；缺点是继电器的响应速度慢、机械结构易损坏、寿命较短。基于上述理论分析和实际情况，在驱动直流减速电机上，选择L298N驱动，在驱动灭火模块，选择继电器控制。2.2.2电机驱动电路L298是SGS公司的产品，比较常用的是15脚Multiwatt封装的L298N，内

24、部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或者一个两相步进电机。L298N可接收标准TTL逻辑电平信号VSS,VSS可接4.57V的电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为+2.546V。输入电流可达2.5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出一边介入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2电动机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接电动机，5,7,10,12脚输入控制电平，控制电机正传或者反转。ENA,ENB接控制使能端，控制电机的停转。表2-1为L298N的功能逻辑图。IN3，IN4的逻辑图与表1相同。由表2-1可知ENA为低电

25、平时，输入的电平对电机不起控制作用，当ENA为高电平时，输入电平为一高一低，电机正传或者反转，输入同为低电平电机停止，输入同为高电平电机刹停。表2-1 L298N功能逻辑图ENAIN1IN2OUT1OUT2运转状态0XXXX停止11010正传10101反转11111刹停10000停止如图2-2 电机驱动电路图用L298N驱动电路如图2-2，该电路由L298和4007二极管和发光二极管（红、黄）及电阻组成，IN1-IN2为输入，对应的输出为OUT1-OUT2（左电机）；IN3-IN4对应OUT3-OUT4（右电机）。ENA和ENB分别对应OUT1和OUT2的脉冲宽度调节（PWM），调节ENA和E

26、NB的PWM可以实现对2个电机的速度进行调节控制。二极管构成稳压保护电路，发光二极管是对应电机的正反转指示灯，这样在调试时，在不牵扯到调速的情况下，可以看得出电机的运转情况。2.3 火焰传感器模块2.3.1火焰传感器选择方案火焰检测的传感器有很多，如紫外传感器、烟雾传感器、红外传感器等。方案一：用烟雾传感器烟雾传感器广泛应用于火警检测。但是由于本次设计课题是用蜡烛模拟火源，所以没有产生太大的烟雾，因此用烟雾传感器作为此次小型机器人的火焰传感器不实用，所以没有选择次方案。方案二：用紫外传感器紫外火焰传感器主要应用于活在消防系统，尤其是一些易燃易爆场所，用来检测火焰的产生。紫外线火焰传感器的灵敏度

27、高，相应的速度快，抗干扰能力强，与对或特别敏感，对于明火特别铭感，能对火灾即刻做出反应。但是紫外线传感器检测的范围太大，不适用与本系统。方案三：红外线传感器用红外接收头检测波长在760纳米1100纳米范围内的热源，探测角度最大可达60度，整个红外传感模块输出为开关量，可以直接接单片机，有信号时输出低电平。所以，经过上述的对比，红外线传感器模块，基本满足本次设计在模拟场地中，找到点燃的蜡烛的需求，所以选择红外线传感器。2.3.2 火焰传感器模块（1） LM393芯片资料图2-3 功能框图LM393是一块双比较器电路（功能框图如图2-3），其有两个独立，精确的电压比较器组成，失调电压不超过2.0M

28、V，两个比较器是专门设计在电压范围交款的单电源下工作，但在双电源下也能工作，并且其电源电流大小不受电源电压幅度大小影响。这些比较器有一个独特的性能，就是即使在单电源下工作，其输出共模电压范围也保持零电平。引脚说明如表2-2所示。表2-2 LM393引脚说明引脚符号功能引脚符号功能1OUT1比较器1输出5IN2+比较器2正向输入2IN1-比较器1反向输入6IN2-比较器2反向输入3IN1+比较器1正向输入7OUT2比较器2输出4GND地8VCC电源（2）红外线传感器模块设计图2-4 火焰传感器原理图红外线火焰传感器如图2-4所示。由集成比较器芯片LM393，1个红外接收头（光敏二极管），2个滤波

29、电容，2个上拉电阻2个限流电阻，2个LED指示灯，1个10K的电位器组成。反向输入端为设定的阀值，通过电位器来调节阀值。当没有感应到红外线时，正向输入端IN1+为高电平，反向输入端IN1-电压（阀值）低于正向输入端IN1+电压；输出端OUT1没有输出；当红外接收管感应到红外线时，正向输入端IN1+输入的电压快速降低，反向输入端IN1-电压高于正向输入端IN1+电压，输出管饱和，所以输出端OUT1输出低电平。也就是说，当红外线火焰传感器模块，检测到有火时，输出为低电平，然后把这个信号送给单片机，由单片机来控制小车行进路线。2.4 避障模块2.4.1避障传感器选择方案一：超声波传感器避障超声波传感

30、器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这信号放大送入单片机。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的方波来工作，因为超声波传感器对工作平率要求较高，偏差在1%内，所以用模拟电路来作方波发生器比较难实现。而用单片机作为方波发生器未免有些浪费资源。因此考虑其他的方案。方案二:红外光电开关ST178进行避障红外光电开关ST178进行避障，光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束，被物体阻断或部分反射，受光器最终据此作出判断反应，是利用被检测物体对红外光速的遮光或反射，当检测到有障碍物的时候，光电对管就能够接受到物

31、体反射的红外光，其物体不限于金属，对所有能反射的光线的物体均能检测。光电对管ST178操作简单实用方便。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来的时候，输出高电平。考虑到本系统只需检测简单的墙壁、障碍物，没有十分负责的环境。为了实用方便，便于操作和调试，我最总选择方案二。在实际购买上，选择了购买红外线避障传感器E18-D80NK-N，因为这个传感器模块相对比较稳定，干扰比较小，其原理也与光电开关类似。2.4.2红外线避障传感器如图2-5 E18-D80NK-N红外避障传感器图2-6 E18-D80NK-N原理图红外避障传感器采用了E18-D80NK-N如图2-5所示，图中标有尺寸和电

32、气特性。这是一种集发射与接收一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出，有效的避免了可见光的干扰，原理如图2-6所示。透镜的使用，也使得这一款传感器的最远检测可达80厘米距离的问题（由于红外光的特性，不用颜色的物体，能测探的最大距离也不同；白色物体最远，黑色物体最近）。检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋转钮进行调节。该传感器具有探测距离元、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，广泛应用与机器人避障、流水线计件等场合。2.5 稳压电源模块稳压电源模块电路如图2-7所示。该稳压电路采用7805集成芯片制程一个供电予单片机及各个芯片的稳压电路，降低芯

33、片因电压过大而损坏的概率，电路中2个电容是滤波的作用，并在输出端和接入电源端都留有插针，方便在调试的时候接入需要的地方。图2-7 稳压电源模块电路图2.6 继电器驱动灭火风扇电路如图2-8 继电器驱动灭火风扇电路图采用继电器来驱动灭火风扇，原理图如图2-8所示。电路由1个NPN三极管8050，保护二极管，电阻和6V的继电器组成，J2为插针，J1连接灭火风扇。运作原理：图2-8中Net15连接到单片机的P2.7脚，P2.7初始赋值为低电平，当单片机输出低电平信号时，三极管不导通，抽水电机不工作；当单片机给高电平信号时，三极管导通，继电器线圈吸合，常开触点闭合，9V电源导通，给电机供9V电压，风扇

34、灭火。当火扑灭以后，单片机重新给回低电平信号，线圈断开，常开触点断开。2.7 无线遥控模块2.7.1无线遥控模块方案选择方案一：红外线无线遥控红外线遥控属于光传波是利用红外线来传播电信号，不能穿透障碍物，发射端和接受端必须对准，它的特点是有方向性、不能有阻碍、距离一般不超过7米、不受电磁干扰。硬件电路比较简单，更经济，调试方便。方案二：无线电波遥控无线遥控是利用无线信号在空气中传播可根据无线电波的频率来遥控可穿透一定的障碍物，它的特点是无方向性、可以不面对面控制、距离远、容易受电磁干扰。方案三:有线遥控有线遥控具有通讯可靠、抗干扰能力强但其专线专用成本高、维护及更换难度高费用大、适应范围有限、

35、寿命低耐用能力低、操作复杂。由于小车要进入指定的场地内，而且不可能对准，也不可能拉线，而且遥控必须要有一定的距离，所以我选择方案二。2.7.2无线遥控模块无线遥控，就是利用无线电波对被控对象进行远距离控制，在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。无线遥控模块由发射部分和接收部分组成。编码和解码主要有PT2262和PT2272来完成。PT2262、PT2272 芯片的地址编码设定和修改：在通常使用中，一般采用8 位地址码和4 位数据码，这时编码电路PT2262 和解码PT2272 的第18 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3 的8 次方为6561，所以地址编码不

36、重复度为6561 组，只有发射端PT2262 和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262 和PT2272 的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，如果想改变地址编码，只要将PT2262 和PT2272 的18 脚设置相同即可。例如将发射机的PT2262 的第1 脚接地第5 脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272 只要也第1 脚接地第5 脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4 端输出约4V 互锁高电平控制信号，同时VT 端也输出解码有效高

37、电平信号。如果要直接使用，可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。（1）发射部分 发射部分由，按键，编码芯片，315M调制器，功率放大电路等构成。原理图如图2-9所示。图2-9 无线发射电路（2）无线接收模块图2-10 无线接收电路接收模块电路如图2-10所示，DO，D1，D2，D3为按键状态输出端，当某个按键按下后，相应的数据端口就输出高电平，在这几个端口加一级放大就可以驱动继电器，功率三极管，进行负载遥控开关控制。也可以直接连接到单片机的I/0脚上，通过单片机采集数据端口状态，然后进行外部控制。图2-11 无线接收连接单片机电路无需按接收连接单片机电路如图

38、2-11所示，本电路主要由一个74LS04组成，J5连接无线接收模块信号和电源，J4为输出端连接单片机，中间为74LS04反相器。由于无线接收模块管脚输出对应的是高电平信号，而且经过测试发现，电流很小，不能驱动P1管脚。所以，电路中加入74LS04反向器，把高电平信号转换成低电平信号，然后再将信号输入给单片机。P1端口初始赋值为高电平，外接上拉电阻，当有按键按下时，则变成低电平信号，再由单片机处理，将信号送给行走电机和灭火风扇。3 系统软件电路设计3.1主程序流程设计在主程序设计中，主程序完成了对所有部分的初始化，打开定时中断。同时，在主程序模块中还需要检测模式切换按键是否按下，默认状态下开机

39、时，执行的是遥控模式，若按下模式切换按键，可实现自动模式；在自动模式控制下，单片机需要检测P0.0到P0.5端口的信号，根据这5个传感器的信号来判断小车应该直行或者左转或者右转或者停止灭火。当再按下模式切换按键时，切换回遥控模式，在这个模式下，小车需要检测P1.0到P1.3端口的信号，若都为高电平，则小车静止，若为其中一个管脚为低电平则直行相应的遥控动作。具体的程序设计流程图如图3-1所示。主要程序见附录。开始程序初始赋值定时中断打开遥控模式自动模式按键判断小车行走灭火旋转扫描小车行走灭火结束传感器信号扫描切换模式d=0?无按键按下无信号图3-1 主程序流程框图3.2 自动模块3.2.1灭火模

40、块灭火流程图如图3-2所示，当接到灭火信号时，P0.4=&P0.0=0，即前端火焰传感器感受到火焰，前端壁障传感器感受到有障碍物，灭火风扇开始转动持续约为10秒，10秒过后风扇停止持续2秒，进行判断火是否熄灭， P0.4是否为1，即中间的火焰传感器是否有信号。若为1，则说明火已灭，返回执行下主程序；若为0，则说明火仍未熄灭，则返回继续执行灭火动作。开始小车停止前进返回风扇灭火持续10S风扇停止持续2S判断P0.4=1是否图3-2 灭火流程图灭火程序如下：void miehuo() in1=1;in2=1;in3=1;in4=1;P2_7=1;delay10s(); if(cg5=1)

41、P2_7=0;delay1s(); if(cg5=1)P2_7=0; if(cg5=0)miehuo(); 3.2.2自动模块总流程自动模块流程图如图3-3所示，本模块是对所有传感器信号进行采集处理。当把执行自动模块程序时，小车先进行旋转扫描，当正中间的火焰传感器有信号时，P0.4=0，小车执行直行程序。当小车在直行过程中行走有偏差时：若左边传感器有信号，P0.2=0，执行左转程序；若右边传感器有信号，P0.3=0，执行左转程序。当小车中间火焰传感器和避障传感器同时有信号时，执行灭火程序。在此过程中，当所有传感器都没信号时，小车进行再次旋转扫描，直到再次找到火为止。若再中途遇到前方有墙壁，并且

42、没有火焰信号，小车执行右转；若前方和右端避障传感器都有信号，小车执行左转程序。这样，小车就不会在行进的路上碰撞到墙壁或者障碍物。开始程序赋初始值P0.4=0？旋转扫描是否左转直行右转P0.4=0&P0.3=0或P0.3=0直行P0.4=0其他传感器信号都为1P0.4&P0. 2=0或P0.2=0无信号P0.0=0&P0.4=0灭火结束无信号图3-3 自动模块流程图3.3 遥控模块遥控模块流程框图如图3-4所示，本模块程序主要是对遥控器按键是否按下的扫描。当A键按下时，P1.0=0，执行灭火动作；当B键按下时，P1.1=0，执行右转动作；当C键按下时，P1.2=0，执行直

43、行动作；当D键按下时，P1.3=0，执行左转动作；当遥控器按键都没有按下时，P1.0-P1.3都为1，小车处于停止状态继续扫描按键。程序赋初始值开始灭火直行右转左转判断按键是否按下P1.0=0?P1.1=0?P1.2=0?P1.3=0?P1.0-P1.3都为1返回P1.0-P1.3都为1P1.0=0P1.1=0P1.2=0P1.3=0图3-4 遥控模块流程图遥控模块程序如下：void yaokong() if(buttonA=1&&buttonB=1&&buttonC=1&&buttonD=1)in1=1;in2=1;in3=1;in4=1;P2

44、_7=0;if(buttonC=0)in1=1;in2=0;in3=1;in4=0;ENA=1;ENB=1;P2_7=0;if(buttonD=0)in1=0;in2=1;in3=1;in4=0;ENA=1;ENB=1;P2_7=0;if(buttonB=0)in1=1;in2=0;in3=0;in4=1;ENA=1;ENB=1;P2_7=0;if(buttonA=0)in1=1;in2=1;in3=1;in4=1;P2_7=1;if(buttonF=0)delay30ms();if(buttonF=1)d=!d;in1=1;in2=1;in3=1;in4=1;ENA=0;ENB=0; 4 系

45、统调试4.1 硬件电路调试任何复杂电路都是由一些基本单元电路组成的，把组成电路的各功能块（或基本单元电路）先调试好，并在此基础上逐步扩大调试范围，最后完成整机调试。首先是把经过准确测量的电源接入电路，观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，手摸元器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如果出现异常，应立即切断电源，待排除故障后才能再上电。然后测量电路总电源电压和各器件的引脚的电源电压，以保证元器件正常工作。（1）单片机最小系统的调试单片机最小系统由：AT89S52，时钟模块，复位模块电路组成。将单片机链接到+5V直流电源上使用万用表直流电压档测试40脚是否为高电平，20脚是否为低电平，9脚

46、是否为低电平，18或19管脚是否有12MHz的方波信号输出。若40脚为高电平，20脚、9脚为低电平，且放波信号都正常时，则视为最小系统工作正常。（2）红外线火焰传感器调试调试本模块，先用电源给芯片供电，看红色LED是否亮，若亮了说明供电正常了，再把蜡烛在发光二极管前点燃，看绿色LED是否亮，如果亮了，说明输出信号也正常了。本模块在第一次测试时，无论怎么调节电位器改变阀值，始终没有输出信号，在经过反复核对电路图和电路板，才发现原来是在画图过程中，由于电位器封装画错，导致电路出错。经过改线跳线，终于实现了该传感器功能。由于本次用了3个红外线火焰传感器，所以传感头均用黑色胶布套上，防止互相干扰，也可

47、以使检测的信号为直线。 图4-1 火焰传感器测试图片通过调节电位器来改变阀值，可以使检测距离不一样。本次设计中，阀值设定为2.0V，这个阀值是在检测中相对比较稳定的一个，阀值越高越稳定，但是能检测的距离越近，检测距离在60以内比较准，超过60受可见强光影响比较大，特别是在阳光下。因为阳光下太阳红外线强于蜡烛太多，所以导致输出口一直有低电平信号。所以测试时都是在室内完成的，火焰传感器测试图片如图4-1所示。（3）避障传感器调试由于本次使用的是避障传感器模块，所以只需要供电，用电压表测输出电压，当有遮挡时，是否会变成低电平；当无遮挡时，是否回变回高电平。这个传感器用得时工业的，所以性能相对来说比较

48、稳定。（4）无线遥控模块调试无线遥控模块本来不在设计之内，是后来加进去的功能，因为在火场中的情况瞬息万变，为了应对各种场合，可以遥控机器人灭火，也是必不可少的。如果能在灭火机器人里面还可以加入摄像头，外加无线传输，把火场内的情况传达出来，这样在火场外，就可以看到场内情况，对机器人进行遥控灭火就更加安全快捷。所以在设计中加入了无线遥控模块。此模块调试只需电源供电，将对应管脚接到单片机上，看当按键按下时，对应的管脚是否能输出对应的信号。在调试时发现，由于设计时没有注意信号电流不够大的原因，不足以驱动单片机对应管脚，后面经过思考，决定在电路中加入了反相器，外加上拉电阻，这样将高电平信号转换成低电平信

49、号，对应的输出稳定了很多。在调试中还发现，无线接收模块在没有接天线时信号很弱，所以，后再在无线接收模块对应的管脚上，用导线代替，做了个天线放上去，信号就灵敏了很多。（5）风扇调试本次使用的风扇是12V的CUP风扇，首先是检查接线有无松动，控制模块电路是否短路，水泵工作是否工作正常，有无异响。其次还需要检查风扇灭火力度够不够，灭火程序是根据火焰传感器来对准火焰，前端的避障传感器来控制与火焰的距离，所以还需经过多次调节，将距离调解到一个能吹灭蜡烛的距离，防止灭不了火的情况出现。（6）灭火控制电路调试设计时，考虑到单片机管脚输出电流不足以让继电器线圈吸合，所以必须上拉电阻。原来设计时，用光耦开关，但

50、是没有考虑到漏电流现象，而且电路设计也不够合理，所以导致线圈吸合后无法断开。后来经过询问老师和查资料改用了三极管，完全能实现功能，并且成本也降低了。（7）行走电机调试本次采用的是6V的直流减速电机，将电机接到L298N的输出口上，看电机是否能正转、反转、调速、停止。电机在调试时发现左右两个轮子转速不一样，因为当L298N输入端给同样的信号，调成相同的占空比时，小车行走的路线并非直线。经过调整，任然还有一点影响，这方面测试应该是车的轮子，不标准，摩擦和重量不一致所导致。本次调试时还发现，让电机负重启动时，电机负载能力不够，原计划用水灭火，但是在调试事，把水箱水箱装满水以后，负重太大，导致电机带不

51、动，无法行走。经过多次测试，只有当水很少的时候，电机才能勉强转动，所以改用风扇灭火作为演示，这样负载足够了。（8）整个电路板调试整板测试是在每个模块电路调试没有问题的情况之下，将各个模块电路连接到总控制电路之中，上电观察整个系统是否正常工作，模块电路之间是否有干扰、短路现象，而导致整个系统的功能受到影响。若系统工作正常，则表明硬件调试成功。4.2 软件电路调试程序编写可以用汇编语言或者C语言。汇编语言编写的程序繁杂，而且程序的移植性不好，而C语言简单易懂，程序移植性好。因此本系统采用C语言编程，通过Keil编程软件编译。在烧录之前对程序进行编译，编译成功后将程序烧录到单片机中，上电调试各个模块

52、，查看各个模块的工作状态是否正常。当各个传感器接收到不同信号的时候，对应的电机是否能做出相对应的动作；或者当遥控器按下相应的按键的时候，小车是否能按照遥控按键所指示的动作去完成。本设计系统Proteus软件仿真如图4-2所示，图中左边的4个按键，分别代表遥控器上的A、B、C、D四个按键，对应单片机P1.0-P1.3。右边6个按键分别代表2个避障传感器和3个火焰传感器以及模式切换开关。把程序模拟烧录进去运行，按下对应的按键，模拟各种情况，看对应的电机和灭火风扇是否能完成对应的动作。完成软件仿真调试成功后，讲程序烧到板上进行测试，因为仿真和实际还是有很大区别的。图4-2 Proteus仿真图4.3 整体调试把所有的硬件，以及灭火风扇组装在一起，整装图如图4-3所示。整体组装好后，开始调节小车传感器角度，尽量使火焰传感器与蜡烛火焰齐平，这样接收的信号时最好的。然后检查所有导线是否插对。上电时，检查所有芯片是否有不正常的发热现象，若有，立刻断电