自动巡航消防(火灾)机器人.ppt

第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛自动巡航消防（火灾）机器人参与人员：陈浩 蔡超 王丹汇报人：陈浩2024/5/21 周二1汇报大纲竞赛任务设计要求设计方案单元模块设计软件流程设计工作进度及改进方向作品展示2024/5/21 周二2竞赛任务 设计并制作一种具有自动巡航功能的火灾探测报警机器人。2024/5/21 周二3设计要求 1.能够按照规定路径（不小于50cm）按照光电导航方式自主寻迹。车速需大于3m/min，转弯半径小于1m，偏航误差小于10cm；2.具有避让障碍物功能。当障碍物距离小车0.5m时，小车停止并鸣笛报警；当障碍物撤离时，报警消除，小车继续前行，并且能够显示障碍物距离3.具有火灾烟雾探测功能，能够实时探明起火点烟雾的存在；具有温度感知功能，能够探测起火点附近温度。2024/5/21 周二4设计要求 4.具有远程数据传输功能，能够将综合火情数据进行远程传输，传输距离大于100m，终端设备能够接收火情数据，并进行报警鸣笛。5.小车能够自动探测明火，自主导航寻找明火位置。并且将烟雾、温度数据综合得到火情大小，并进行远程传输。6.小车能够记录所走过的路程长度，和到达各事故处（起火点或障碍处）所经过的路程长度，并进行远程传输。7.终端设备能够显示火灾发生处已行驶距离及火灾发生时间，并将其储存记录。2024/5/21 周二5设计方案单元模块分布图2024/5/21 周二6设计方案车载CPU模块图2024/5/21 周二7设计方案无线终端CPU模块图2024/5/21 周二8单元模块设计1 光电导航模块 光电导航模块的检测电路如图所示。本电路设计原理是利用LM393运算放大器构成电压比较器。通过调节R5可以确定LM393芯片2脚的电压值。红外接收管接收到红外线的程度不同，LM393芯片的3脚电压也不相同，从而影响输出。该模块设计了四个传感器，组成一个传感器阵列，如图6所示。调试时要分别调节各个传感器电路的灵敏度，使它们均衡，以每个传感器都能检测到黑线为标准。图 光电传感器电路图 光电传感器的布设示意图2024/5/21 周二9单元模块设计2 红外线避障模块 我们采用的红外开关式避障模块。红外开关是一种集成发射和接收为一体的反射式光电传感器，可调节测量范围、不用外加调制信号、受可见光干扰小，占用单片机的的资源少，控制简单。其外观如图。该传感器引线较少，只有电源、地和输出线三根。该传感器通过调节电阻值的大小来改变红外传感器的发射功率，继而调节传感器的探测距离。当红外发光管发射的红外线镜反射被红外接收管接收到之后，输出为低电平，没有障碍物时输出为高电平。通过单片机对两个红外传感器的输出端的查询，得知智能车前方障碍物的情况。图 红外线避障外观及连接电路2024/5/21 周二10单元模块设计3 路侧火焰检测模块 受到光电导航的启发，利用红外接收管接收路侧火焰发出的红外线，到达路侧火焰处，传感器产生变化的电信号，从而，达到判断路侧火焰位置的效果。其工作原理如图所示，当R5值确定时，即LM393运放2管脚的电压值确定，当红外接收管未接收到路侧火焰的红外线或者接收的很少，红外接收管导通电流较小，此时输出为高电平，指示灯D1不亮；当红外接收管接收到路侧火焰的红外线，红外接收管导通电流较大，此时输出为低电平，指示灯D1亮。图 路侧火焰红外检测电路2024/5/21 周二11单元模块设计4 明火火焰检测模块 本设计中采用传感器的差动定位方案来指引智能车寻找明火的位置，即在智能车的两侧各放置一个明火火焰传感器，利用两侧传感器的差动电信号指引智能车寻找明火火焰。具体原理如下：当光敏二极管接收到红外线时，光敏二极管就会产生短路电流，进而能够输出响应电压。电路图如图所示：图 明火火焰红外检测电路2024/5/21 周二12单元模块设计车体明火红外接收器差动确定方向2024/5/21 周二13单元模块设计车体红外接收器明火2024/5/21 周二14单元模块设计5 温度检测模块 DS18B20单线温度数字传感器直接输出数字量，可直接与单片机相连接，读取测温数据，电路简单。6 烟雾检测模块 受光电导航启发，可以将光电导航中反射式红外发射管和接收管改成对射式红外发射管和接收管。在红外发射管和红外接收管之间没有烟雾时，红外接收管接收到红外发射管发出的红外线红外接收管导通，进而输出端为低电平。当红外发射管和红外接收管之间有烟雾时，烟雾的固体小颗粒对红外发射管发射的红外线有散射的作用，导致红外接收管接收红外发射管的红外线较少，导通较小，进而输出端为高电平。将输出端口接到CPU的一个端口，通过CPU对该端口的电位查询，完成烟雾信息的采集、通信和处理。2024/5/21 周二15单元模块设计7 无线通讯模块 SRWF-1021提供1个9针的连接器(CON1)，有5个信道配置端口。SRWF-1021与单片机的连接方式采用TTL连接方式。本设计中根据用户手册选择第六信道，即433.40MHz。8 电机驱动模块 L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。其控制逻辑如下表。由于L298采用标准TTL逻辑电平信号控制，所以能够对电机实施PWM控制，可以达到较好的效果。输输入入输输出出VEN=HC=H；D=L正转C=L；D=H反转C=D制动VEN=LC=；D=没有输出，电机不工作2024/5/21 周二16单元模块设计9 电源模块 车体芯片工作电压为5V，电机工作电压为7.2V，采用多电源供电方式。即由7.2V/2000mA.h可充电电池作为电机驱动电源，14.4V/1300mA经LM7805稳压成5V做为小车芯片系统工作的电源。终端电源由于采用的是学习板，所以直接由USB线供电。10 液晶显示模块 本设计在终端显示部分采用带有标准中文字符及图形点阵型液晶显示TJDM12864M，主要显示行程时间、路程和火情等信息。11 声音报警模块 采用蜂鸣器，由P0.3输出一定频率的信号，在连接到蜂鸣器之前，经过一个三极管9 012的放大。2024/5/21 周二17单元模块设计12 时钟模块 DS1302包括时钟/日历寄存器和31字节（8 位）的数据暂存寄存器，数据通信仅通过一条串行输入输出口。实时时钟/日历提供包括秒、分、时、日期、月份和年份信息。闰年可自行调整，可选择12 小时制和24 小时制，可以设置AM、PM。只通过三根线进行数据的控制和传递。通过备用电源可以让芯片在小于1mW 的功率下运作。2024/5/21 周二18软件流程设计机器人主程序流程图终端主程序流程图2024/5/21 周二19工作进度及改进方向作品展示 目前，设计要求中的项目内容均已完成。改进之处：1.可添加灭火设备（如风扇）；2.制作PCB；3.在液晶屏上显示地图信息，并实时刷新小车位置。2024/5/21 周二20谢谢大家！感谢各位老师，师兄师姐参加汇报会议！希望给予指导意见！2024/5/21 周二21