基于單片機控制的滅火機器人

摘要 該滅火機器人由STC89C52單片機芯片作為控制核心。通過滅火機器人上火焰傳感器感受火焰強度，再通過比較器比較機器人不同點感受火焰強度，輸送給單片機高低電平，由單片機控制機器人的前進方向，自動尋找到火源，在機器人前進過程中通過紅外避障模塊，可以有效避免碰撞。當達到火源邊界，通過灰度傳感器給單片機信號，啟動滅火程序，有效完成滅火功能。

關鍵詞 STC89C52 火焰傳感器 灰度傳感器

中圖分類號：TP242文獻標識碼：A

Fire-fighting Robot Based on Single-chip Control

ZHENG Lan， ZHENG Yang

(Joint Institute of Anhui Communication and Information Technology， Hefei， Anhui 230601)

AbstractThe fire fighting robot takes the STC89C52 single chip as the control. Extinguishing the flame sensor on the robot through the feelings of the flame intensity， and then compares the robot by comparing the difference between feeling the flame intensity， low and high transmission to the microcontroller， the microcontroller to control the robot's forward direction， automatically find the fire， the robot forward process through the infrared obstacle avoidance module， can effectively avoid the collision. When the fire reached the border， through the gray sensor signal to the microcontroller to start the fire fighting procedures， effectively complete fire fighting capabilities.

Key wordsSTC89C52; flame sensor; gray-scale sensor

0 引言

隨著社會與國家的發展，在經濟迅速增長的同時，各種危險場所不可避免的火災頻繁出現，給社會安全造成了很多隱患，于是現代火災及時補救已成為迫在眉睫需要解決的問題，救火早一刻就少一分損失，消防救援人員固然速度已經很快，但也需要一段不小的時間，而且進入救火現場還有生命危險的可能，于是消防機器人的理念誕生了，本設計主要就是針對消防機器人的制作與研究，小車以STC89C52單片機為控制核心，加以電源電路、電機驅動、光電傳感電路、火焰檢測電路、滅火風扇以及其它電路構成。

1 系統設計

滅火機器人小車采用后輪驅動，左右后輪各用一個直流減速電機驅動，通過調制后面兩個輪子的轉速從而達到控制轉向的目的。在車體前部裝有三個火焰傳感器，通過火焰傳感器感受到得火焰強度，再通過比較器比較機器人不同點感受火焰強度，輸送給單片機高低電平，由單片機控制機器人的前進方向，自動尋找到火源，在機器人兩側放有紅外避障模塊，可以有效避免碰撞。當達到火源邊界，通過灰度傳感器給單片機信號，啟動滅火程序。小車自帶風扇啟動，有效完成滅火任務，然后繼續尋找下一火源。

2 硬件設計

2.1 主控芯片的選擇

本次設計的主控芯片為一種低功耗、高性能微控制器STC89C52。STC89C52基于8051內核，是新一代增強型單片機。它使用高密度非易失性存儲器技術制造，與80C51產品指令和引腳完全兼容，具有8K的系統可編程Flash存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。

2.2 車體的設計

在本次滅火機器人制作過程中，我們采用前面一個萬向輪，后面兩個同型號直流減速電機作為驅動的方案。這樣，當我們通過單片機I/O口控制兩個直流減速電機的轉速和轉向時就可以實現小車的左轉、右轉和直行。

2.3 電源電路

電機驅動電源模塊我們采用12V鋰電池供電，經DC/DC隔離穩壓模塊穩壓后給直流減速電機供電。該模塊有著良好的電磁兼容性和極低的紋波噪聲，穩壓精度高。無需外接任何外圍元件即可工作，具有過流、過壓及輸出短路、過載保護電路、自恢復等，特別適于A/D和D/A電路。

單片機系統所需要的為5V電壓，我們用9V鋰電池通過L7805穩壓芯片，將其電壓降至5V，以滿足其供電要求。

2.4 電機驅動模塊設計

小車電機驅動采用L298N芯片驅動。L298N是SGS半導體公司生產的電機專用驅動集成電路，其內部包含4通道邏輯驅動電路，可以直接對電機進行控制，無須隔離電路，可以驅動雙電機。L298N額定工作電流為1A，最大可達1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大36V。L298還有自我保護功能，當自身過熱時可自動斷開。在使用過程中，為了保證系統的穩定性，我們加裝了片外續流二極管。為了實現精確調速我們可用單片機輸出兩路PWM驅動L298N。通過改變PWM調制脈沖占空比，還可以實現不同輪子的轉速，從而實現小車轉向。

圖2L298N驅動電機原理圖

2.5 遠紅外火焰傳感器

遠紅外火焰傳感器利用紅外敏感型元件對紅外信號強度的檢測并將其轉換為機器人可以識別的信號，從而來檢測火焰信號。遠紅外火焰傳感器可以用來探測波長在700nm ~ 1000nm范圍內的紅外線，探測角度為60€?，其譃a焱庀卟ǔぴ?80nm附近時，其靈敏度達到最大。

方案一：采用ADC0809對火焰傳感器信號進行采集，通過對不同位置的火焰傳感器電壓值大小比較，輸送給單片機不同的電壓信號，控制機器人向火源運動。該方案對火焰傳感器要求較高，且ADC0809算法較為繁瑣，實用性不是很好。

方案二：采用LM358芯片，使得火焰傳感器輸出電壓比較，容易區分。通過單片機的處理，控制機器人的運動。

2.6 灰度傳感器

灰度傳感器是模擬傳感器，有一只發光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上?；叶葌鞲衅骼貌煌伾臋z測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值也不同的原理進行顏色深淺檢測。由比較器比較，輸出得到是否到達火源，啟動滅火程序。

3 結論

本文提出了以STC89C52為控制核心，小型直流電機作為驅動元件，價格低廉、簡單實用的滅火機器人制作方案。該滅火機器人對工業智能機器人領域也具有一定的參考實用價值。

本文基于安徽三聯學院校級項目《基于單片機控制的滅火機器人》

參考文獻

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