智能滅火機器人硬件電路設計及實現(xiàn)
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該傳感器采用三角測量的原理，如圖4（b）所示紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外線光束，當紅外光束遇到前方的障礙物時，一部分反射回來，通過透鏡聚焦到后面的線性電性耦合器件CCD（Charge Coupled Device）上，根據紅外光線在CCD上聚焦的位置，可知道光線的反射角，進一步折算出物體的距離。由于PSD傳感器輸出電壓和實際距離是非線性關系，可以通過線性插值運算得出其轉換近似公式。
根據比賽的需要，機器人應該能夠測量不同方向的障礙物的距離，理論上8個方位均應設置紅外測距傳感器；在滿足比賽要求前提下，考慮經濟性，本設計采用了6個紅外測距傳感器，其安放位置如圖4（c）所示。通過1個或多個傳感器數(shù)值可以較精準地確定機器人的位置和墻壁的關系。例如，當正前傳感器和左前傳感器數(shù)值同時很大（距離很小）時，說明機器人處在一個角落上，前方和左側均是墻壁，此時可以執(zhí)行右拐命令，從而走出角落。
(2)遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M
為能完成滅火任務，機器人必須能確定火焰的大致位置，并能對火焰是否被撲滅做出判斷。本文設計了由28個紅外接收管組成的2個遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M，前后每個方位各有14個紅外接收管組成，每2個并聯(lián)并指相同一個方向，2個傳感器組共指向14個方向，可以覆蓋360°范圍。如圖5（a）所示，14個端口通過CD4051八路轉換開關連接至ATMEGA8―16PC單片機，其中SCK、MISO、MOSI為位選擇端口。此外，本設計還可以通過對14路讀取數(shù)據進行比較，從而確定其最大最小值及相應端口值，方便火源方位的確定。
通過對遠紅外傳感器組的不同端口值的比較，還可以確定機器人和火源的相對位置，以判斷前進方向，完成趨光動作。當機器人與火源相對位置如圖5（b）所示時，可以讀取端口2和端口4的值，并進行作差，端口2的值大于端口4（說明2更靠近火源），則執(zhí)行左拐命令，使其差值在一定范圍內，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，機器人起始位置是直徑為30 cm的白色圓，每個房間入口有一條3 cm寬的白線，其他地面均為黑色。機器人的啟動和停止及進房間的標志都要依靠對地面灰度的判斷，因此需使用能對地面反射光線的強弱做出反應的傳感器。本機器使用一對地面灰度傳感器，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發(fā)光二極管LED照亮地面，地面的反射光線被光敏三極管接收，當?shù)孛骖伾珵楹谏珪r，反射的光線比較弱，則光敏三極管的基極電流越小，集電極電流也相應較小，1端口電壓值較高，其測量值較大；反之當?shù)孛鏋榘咨珪r，反射的光線較強，集電極電流越大，1端口電壓值較小，測量值也較小。
本文研究并設計了基于ARM9嵌入式系統(tǒng)的一種智能滅火機器人，具有以下5個創(chuàng)新點：(1)采用了嵌入式系統(tǒng)內核，大大提高了機器人處理信號的能力；(2)雙電源供電系統(tǒng)引入，使機器人的運行更加穩(wěn)定可靠；(3)采用PWM信號控制大功率直流電機，在速度和精度方面有了很大的改進；(4)通過合理選擇PSD測距傳感器的個數(shù)和安放位置，既滿足比賽要求，又能節(jié)約成本；(5)本文設計的遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M，很好地完成了對火源的精確定位任務，提高了滅火可靠性和快速性。
實測證明，本文設計的機器人能夠很好地完成比賽任務，并且在可靠性和速度方面都有了大幅度的提高，具有很強的應用價值。
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