智能滅火機器人設計方案（àn）
2017-5-5 來源：山（shān）東科（kē）技大學電氣與自（zì）動化工程學院自（zì）動化係 作者：董蘊慧 , 畢征程 , 張 程 , 呂光
摘（zhāi）要（yào）：根據製造一（yī）個自主控製的機器人在一間平麵結構房子模型裏運動並找到一根蠟燭盡（jìn）快將它熄滅的任務，利用開關二極管（guǎn）、濾波電容、電阻、光電耦合、L298N、LM2596 等元器件，設計出穩壓降壓電路和 L298N 驅動模塊的 PCB 板，並通過 STC12C5A60S2 單片機導入自己設計的一（yī）係列如尋牆（qiáng）、尋火、滅火、回家等子程序，合理布局地麵灰度傳感器、紅外光電傳感器並在不斷改進和調試下成功製作出能夠（gòu）準確完成（chéng）任務的滅（miè）火機器人。
關鍵詞：機器人（rén） ; 滅火 ; 傳感器 ; 電機驅動 ; 穩壓電路
1.係統的整（zhěng）體方案設計
整體選定右手（shǒu）法則，即小車基本一（yī）直沿右牆走（zǒu），當進入房間後（hòu），如果沒有火，則（zé）尋找下一個（gè）房（fáng）間；如果有火，則開始執行尋火程序，直到離蠟燭（zhú） 30cm 的檢測到白線，再利用風扇將蠟燭熄滅，完成滅火功能。因此設計的小車要（yào）求能夠及時調節前進的方向（xiàng），以便（biàn）快速進入房間，順利找到火（huǒ）源。係統總體設計框圖如圖 1：
圖 1 係（xì）統總（zǒng）體設計框圖
2.硬件設計
該方案是設計一個在規定區域能（néng）自主搜索火（huǒ）源並實施滅火的智能機器（qì）人小車，設計使用（yòng）的主控芯片（piàn）為 STC12C5A60S2 單片機，設計（jì）重（chóng）點在傳感（gǎn）器和電機驅動上（shàng）
2.1DC-DC 降壓（yā）電路
采用 LM2596s-5.0 芯片。輸入端給入 11.1V~12.8V 電壓，輸出端輸出 5V 電壓。LM2596 開關電壓調節器是降壓型電源管（guǎn）理單片集成電路，能（néng）夠輸出（chū） 3A 的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調節特性。本方案采用 LM2596s-5.0，輸（shū）入（rù）端給入（rù） 11.1V~12.8V 電壓，輸出（chū）端輸出5V 電壓。該器件內部集成頻（pín）率補償和固定頻率發生器，開關頻率為150KHz，與低頻開關調節器（qì）相比較，可以使用更小規格的濾波元件。由於該器件隻需 4 個外接（jiē）元件，可以使用通用的標準電感，這更優化了 LM2596 的使用，極（jí）大地簡化了開關（guān）電源電路的設計。
2.2 避障傳感器及其輔助電路
本方案采用紅外測距傳感器來實現過程中的（de）尋（xún）牆功能。紅外傳感器是一種集（jí）發射與接收於一體的光電傳感器。具有受可見光幹擾小、價格便（biàn）宜（yí）、易於配裝（zhuāng）、使用方便的特點。檢測距離可以根據要求適（shì）度調節。
兩種紅外傳感器均在傳感器接收不（bú）到反射（shè）光時，輸出高電平；當（dāng）傳感器接收到反射光時，輸出低電平。通過前麵五個、左邊兩個、右邊（biān）一（yī）個共八個傳感器的信（xìn）號，實現左右手法走迷（mí）宮（gōng）、倒車、旋轉等功能。
2.3火焰傳感（gǎn）器及其輔助電路
該方案（àn）為實現探測火源的功能，采用（yòng） 6 路火焰傳（chuán）感器來探測房間內的是否有火源。能夠探測火焰發出的波段範（fàn）圍分別為 700—1100 nm的短波近紅外線 (SW-NIR)，通過電信號（電壓信號）進行輸出。當傳感（gǎn）器接收到（dào）火焰信息時（shí），輸出電壓為 0.5~2.5V。通過給單片（piàn）機的比較口的輸入信號電壓，即可實現測（cè）火。傳感（gǎn）器探測距離可達 2m，但受日光影響較大。通過信號燈的導通狀態，可觀察是否檢測到信號。
2.4灰度傳感器（qì）及其輔助電路
灰（huī）度傳感器（qì）的主要作用是探測房間門口處，終點處以及火焰圈處的白線。該方案采用的型號為：CK019 循跡傳感器。檢測（cè）距離為1~3cm。白線輸出高電平（píng），黑線輸出低電平。
3.軟件設計
軟件設計方案是以上述硬件電路（lù）為基（jī）礎的，包括電機控製模塊、傳感器模塊的（de）程序設計與（yǔ）實現。程序設計采用 C 語言編寫，編程（chéng）環境是集成 Keil C51 編譯器的集成編譯環境。滅火（huǒ）機器人設計（jì）的軟件設計結構框圖如圖 2 所示。
圖 2 係統軟件設計（jì）框圖
4總結
本次（cì）的滅火機器人（rén）小車設計主要涉及驅動模（mó）塊、避障模（mó）塊、灰度模塊、滅火模塊、單片機（jī）開發、程序設計等（děng）等。我們（men）采用額定電壓為12V，轉速（sù）為 333rad/s 的電機，11.1V，25C 的電池，並在小車左右分別加了一個傳感器作為反饋調節消除誤差，設計出（chū）運行穩（wěn）定的智（zhì）能滅火機器人。
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