基于AVR單片機(jī)的簡易滅火機(jī)器人設(shè)計

引言

近年來，隨著石化等基礎(chǔ)工業(yè)的飛速發(fā)展，在生產(chǎn)過程中的易燃易爆和劇毒化學(xué)制品的使用急劇增長，由于設(shè)備和管理方面的原因，導(dǎo)致化學(xué)危險品和放射性物質(zhì)泄漏、燃燒爆炸的事故增多。消防機(jī)器人作為特種消防設(shè)備可代替消防隊員接近火場實(shí)施有效的滅火救援、化學(xué)檢驗(yàn)和火場偵察。它的應(yīng)用將提高消防部隊撲滅特大惡性火災(zāi)的實(shí)戰(zhàn)能力，對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡將產(chǎn)生重要的作用。

　　1 設(shè)計要求

制作一個由計算機(jī)程序控制的機(jī)器人，在一間模擬平面結(jié)構(gòu)的房間里運(yùn)動，找到一根燃燒的蠟燭并盡快將它撲滅。

滅火要求：機(jī)器人不能運(yùn)用任何破壞性的或危險的方法來撲滅蠟燭火焰。它可以運(yùn)用類似水、空氣等物質(zhì)，或者使用機(jī)械方式，但是禁止使用任何危險的或可能破壞滅火現(xiàn)場的方法或物質(zhì)。比如，不能通過燃放爆竹產(chǎn)生沖擊來使蠟燭熄滅，也不能通過碰倒蠟燭而使蠟燭熄滅。

　　2 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)

圖1 機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)

機(jī)器人的結(jié)構(gòu)包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、控制部分及信息處理部分組成。小型機(jī)器人為了考慮其穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)向的靈活性，通常其機(jī)械結(jié)構(gòu)主要設(shè)計以輪式為主，常見有以上四種結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)有各自的特點(diǎn)，根據(jù)本設(shè)計的要求，在有軌道的房間里運(yùn)行，應(yīng)該選擇車體較長，旋轉(zhuǎn)半徑較大的第一種驅(qū)動方式，易于尋找軌道。

圖2 火源探測傳感器

　3 機(jī)器人采用的傳感器

本設(shè)計所使用的傳感器主要有兩種，一種是反射式光電傳感器，它主要被用于機(jī)器人在尋找火源過程中躲避障礙物。這一類傳感器比較常見不過多介紹。本設(shè)計中要用到的另一種傳感器是火源探測傳感器，它最主要的元件是用到光敏二極管。根據(jù)光敏二極管的特性，自行設(shè)計了一種火源探測傳感器，電路如圖2所示，當(dāng)沒有強(qiáng)光照射時Q2的電流很小，Q1的基極電位很低，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出2腳為高電平；當(dāng)發(fā)現(xiàn)火源時，傳感器有強(qiáng)光照射使少數(shù)載流子的密度增加，Q2的電流增大，從而使三極管的基極電位抬高，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，輸出2腳為底電平，信號傳遞給單片機(jī)。調(diào)節(jié)R4可以改變傳感器的靈敏度。

圖3 Atmega48的引腳排列