智能滅火機(jī)器人硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
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時(shí)間：2010-06-17
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該傳感器采用三角測(cè)量的原理，如圖4（b）所示紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外線(xiàn)光束，當(dāng)紅外光束遇到前方的障礙物時(shí)，一部分反射回來(lái)，通過(guò)透鏡聚焦到后面的線(xiàn)性電性耦合器件CCD（Charge Coupled Device）上，根據(jù)紅外光線(xiàn)在CCD上聚焦的位置，可知道光線(xiàn)的反射角，進(jìn)一步折算出物體的距離。由于PSD傳感器輸出電壓和實(shí)際距離是非線(xiàn)性關(guān)系，可以通過(guò)線(xiàn)性插值運(yùn)算得出其轉(zhuǎn)換近似公式。
根據(jù)比賽的需要，機(jī)器人應(yīng)該能夠測(cè)量不同方向的障礙物的距離，理論上8個(gè)方位均應(yīng)設(shè)置紅外測(cè)距傳感器；在滿(mǎn)足比賽要求前提下，考慮經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)采用了6個(gè)紅外測(cè)距傳感器，其安放位置如圖4（c）所示。通過(guò)1個(gè)或多個(gè)傳感器數(shù)值可以較精準(zhǔn)地確定機(jī)器人的位置和墻壁的關(guān)系。例如，當(dāng)正前傳感器和左前傳感器數(shù)值同時(shí)很大（距離很?。r(shí)，說(shuō)明機(jī)器人處在一個(gè)角落上，前方和左側(cè)均是墻壁，此時(shí)可以執(zhí)行右拐命令，從而走出角落。
(2)遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M
為能完成滅火任務(wù)，機(jī)器人必須能確定火焰的大致位置，并能對(duì)火焰是否被撲滅做出判斷。本文設(shè)計(jì)了由28個(gè)紅外接收管組成的2個(gè)遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M，前后每個(gè)方位各有14個(gè)紅外接收管組成，每2個(gè)并聯(lián)并指相同一個(gè)方向，2個(gè)傳感器組共指向14個(gè)方向，可以覆蓋360°范圍。如圖5（a）所示，14個(gè)端口通過(guò)CD4051八路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)連接至ATMEGA8―16PC單片機(jī)，其中SCK、MISO、MOSI為位選擇端口。此外，本設(shè)計(jì)還可以通過(guò)對(duì)14路讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確定其最大最小值及相應(yīng)端口值，方便火源方位的確定。
通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)紅外傳感器組的不同端口值的比較，還可以確定機(jī)器人和火源的相對(duì)位置，以判斷前進(jìn)方向，完成趨光動(dòng)作。當(dāng)機(jī)器人與火源相對(duì)位置如圖5（b）所示時(shí)，可以讀取端口2和端口4的值，并進(jìn)行作差，端口2的值大于端口4（說(shuō)明2更靠近火源），則執(zhí)行左拐命令，使其差值在一定范圍內(nèi)，然后執(zhí)行直行命令趨近火源。
(3)地面灰度傳感器
比賽規(guī)定，機(jī)器人起始位置是直徑為30 cm的白色圓，每個(gè)房間入口有一條3 cm寬的白線(xiàn)，其他地面均為黑色。機(jī)器人的啟動(dòng)和停止及進(jìn)房間的標(biāo)志都要依靠對(duì)地面灰度的判斷，因此需使用能對(duì)地面反射光線(xiàn)的強(qiáng)弱做出反應(yīng)的傳感器。本機(jī)器使用一對(duì)地面灰度傳感器，放置在前后兩端的底座上。地面顏色越深，其值越大，地面顏色越淺，其值越小。
如圖6所示，地面灰度傳感器通過(guò)發(fā)光二極管LED照亮地面，地面的反射光線(xiàn)被光敏三極管接收，當(dāng)?shù)孛骖伾珵楹谏珪r(shí)，反射的光線(xiàn)比較弱，則光敏三極管的基極電流越小，集電極電流也相應(yīng)較小，1端口電壓值較高，其測(cè)量值較大；反之當(dāng)?shù)孛鏋榘咨珪r(shí)，反射的光線(xiàn)較強(qiáng)，集電極電流越大，1端口電壓值較小，測(cè)量值也較小。
本文研究并設(shè)計(jì)了基于A(yíng)RM9嵌入式系統(tǒng)的一種智能滅火機(jī)器人，具有以下5個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：(1)采用了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，大大提高了機(jī)器人處理信號(hào)的能力；(2)雙電源供電系統(tǒng)引入，使機(jī)器人的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠；(3)采用PWM信號(hào)控制大功率直流電機(jī)，在速度和精度方面有了很大的改進(jìn)；(4)通過(guò)合理選擇PSD測(cè)距傳感器的個(gè)數(shù)和安放位置，既滿(mǎn)足比賽要求，又能節(jié)約成本；(5)本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M，很好地完成了對(duì)火源的精確定位任務(wù)，提高了滅火可靠性和快速性。
實(shí)測(cè)證明，本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠很好地完成比賽任務(wù)，并且在可靠性和速度方面都有了大幅度的提高，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
評(píng)論