实践项目6：灭火机器人的制作课件.ppt

1、学习情境学习情境6 灭火机器人的制作灭火机器人的制作 综合项目综合项目传感器应用学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作 学习情境要求：学习情境要求：制作一个由计算机程序控制作一个由计算机程序控制的机器人，在一间模拟平面制的机器人，在一间模拟平面结构的房间里运动，找到代表结构的房间里运动，找到代表房间里火灾点的正在燃烧的蜡房间里火灾点的正在燃烧的蜡烛并尽快将它扑灭。烛并尽快将它扑灭。学习情境学习情境要求要求学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作学习情境学习情境目标目标知识目标知识目标1掌握灰度传感器、碰撞传感器、红外传感器和 光电编码器的测量电路和工作原理。2掌握灭火

2、机器人的设计思路，结合传感器进行 控制运行。能力目标能力目标1能根据学习情境要求自行设计硬件电路系统。2能利用各种传感器功能进行灭火机器人的制作。素质目标素质目标 1培养耐心细致的工作态度。2培养严谨扎实的工作作风。3培养团结协作的合作能力。学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作内容导航内容导航确定系统方案确定系统方案各单元电路的搭建各单元电路的搭建系统调试系统调试123学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作系统组成系统组成返回返回控制模块控制模块传感器模块传感器模块外围模块外围模块控制主板控制主板控制按键控制按键电机控制电机控制电压复位系统电压复位系统碰撞传感器碰

3、撞传感器红外传感器红外传感器灰度传感器灰度传感器光敏传感器光敏传感器光电传感器光电传感器火焰传感器火焰传感器液晶显示液晶显示电源电源麦克风麦克风电机驱动电机驱动ASBUS总线总线串口通信串口通信学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作确定方案确定方案图图3.2超声波的反射和折射超声波的反射和折射返回返回一一.系统总体方案设计系统总体方案设计 图图6.1系统框图系统框图系统框图系统框图学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作单元电路单元电路返回返回二搭建各电路单元二搭建各电路单元1.灭火机器人计算机硬件灭火机器人计算机硬件 灭火机器人计算机硬件的设计方灭火机器人计算机硬件

4、的设计方案尽量选择功能齐全、可靠、周边设案尽量选择功能齐全、可靠、周边设备集成度高的微控制器，选备集成度高的微控制器，选Motoroia生产的生产的68HC11，使我们以极少的周，使我们以极少的周边芯片获得了齐全的功能，边芯片获得了齐全的功能，8个模拟个模拟口，口，3个输入扑捉，个输入扑捉，5个个PWM输出，输出，16位地址，位地址，8位数据总线，串口，以位数据总线，串口，以及及4个通用的个通用的I/O口。同时，还充分的口。同时，还充分的考虑到软件开发问题，因为没有优秀考虑到软件开发问题，因为没有优秀方便的软件开发工具，硬件只能成为方便的软件开发工具，硬件只能成为专有系统，而无法成为开发平台。

5、专有系统，而无法成为开发平台。68HC11的自下载功能，使我们拥有的自下载功能，使我们拥有了纯软件开发调试的优秀工具了纯软件开发调试的优秀工具JC。JC既可用于开发高级应有的软件，又便既可用于开发高级应有的软件，又便于开发低层驱动，还能交互调试。于开发低层驱动，还能交互调试。68HC11芯片图芯片图学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作返回返回2.传感器硬件电路的设计传感器硬件电路的设计（1）碰撞传感器）碰撞传感器碰撞传感器是使灭火机器人有感知碰撞环上的碰撞信息能力的传感器。碰撞传感器是使灭火机器人有感知碰撞环上的碰撞信息能力的传感器。在能力灭火器人的左前、右前、左后、右后设置有

6、四个碰撞开关（常在能力灭火器人的左前、右前、左后、右后设置有四个碰撞开关（常开），它们与碰撞环共同构成了碰撞传感器。碰撞环与底盘柔性连接，开），它们与碰撞环共同构成了碰撞传感器。碰撞环与底盘柔性连接，在受力后与底盘产生相对位移，触发固连在底盘上相应的碰撞开关，使在受力后与底盘产生相对位移，触发固连在底盘上相应的碰撞开关，使之闭合。我们把来自四周的碰撞分为八个方向，如图所示。之闭合。我们把来自四周的碰撞分为八个方向，如图所示。(a)碰撞传感器方位图(b)碰撞传感器连线图单元电路单元电路学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作单元电路单元电路返回返回碰撞传感器电路碰撞传感器电路 碰撞开

7、关示意图碰撞开关示意图 如上图所示，在能力风暴智能机器人里，四个碰撞开关接在一如上图所示，在能力风暴智能机器人里，四个碰撞开关接在一个电阻网络里，通过采集模拟口上电压值的变化，来识别出哪个或个电阻网络里，通过采集模拟口上电压值的变化，来识别出哪个或哪些碰撞开关闭合，从而判断出哪个方向有碰撞，机器人再根据判哪些碰撞开关闭合，从而判断出哪个方向有碰撞，机器人再根据判断作出相应的动作。断作出相应的动作。学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作单元电路单元电路返回返回（2）红外传感器）红外传感器 机器人小车运用了机器人小车运用了 2 只红外发射管（只红外发射管（970nm）和一只红外接收模

8、）和一只红外接收模块构成红外传感系统（如图所示），主要用来检测前方、左前方和右块构成红外传感系统（如图所示），主要用来检测前方、左前方和右前方的障碍，检测距离范围为前方的障碍，检测距离范围为1080cm。当机器人感测到有障碍物事。当机器人感测到有障碍物事可进行可相应的改变运行轨迹，避开障碍物，使机器人运动更灵活，可进行可相应的改变运行轨迹，避开障碍物，使机器人运动更灵活，还可通过调节两个电位器来调节左右两个红外的检测距离。还可通过调节两个电位器来调节左右两个红外的检测距离。红外发射红外接收 红外传感器电路图 红外传感器位置示意图学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作单元电路单元电

9、路返回返回（3）光电编码器）光电编码器 光电编码器原理上也是靠发射与接收红外光来工作的。智能机器人上光电编码器原理上也是靠发射与接收红外光来工作的。智能机器人上用的光电编码器芯片集成了发射与接收功能。从图中可以看出：红外光射用的光电编码器芯片集成了发射与接收功能。从图中可以看出：红外光射在黑色辐条上时没有反射信号，因为红外光大部分已经被黑色辐条吸收；在黑色辐条上时没有反射信号，因为红外光大部分已经被黑色辐条吸收；当红外光射在白色辐条上时有反射信号，因为红外光在白辐条上反射强烈，当红外光射在白色辐条上时有反射信号，因为红外光在白辐条上反射强烈，通过光电编码器反馈的信号可以在液晶上观察到机器人的运

10、行速度及机器通过光电编码器反馈的信号可以在液晶上观察到机器人的运行速度及机器人两车轮的运行状态变化。人两车轮的运行状态变化。光电编码器工作原理图光电编码器工作原理图学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作单元电路单元电路返回返回（4）灰度传感器）灰度传感器 灰度传感器是模拟传感器，灰度传感器利用光敏电阻对不同颜色的检测灰度传感器是模拟传感器，灰度传感器利用光敏电阻对不同颜色的检测面对光的反射程序不同，其阻值变化在的原理进行颜色深浅检测。灰度传感面对光的反射程序不同，其阻值变化在的原理进行颜色深浅检测。灰度传感器有一只发光二极管和一只光敏电阻，安装在同一面上。在有效的检测距离器有一只

11、发光二极管和一只光敏电阻，安装在同一面上。在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为机器人可以识别的信号。电路原理图如下：阻检测此光线的强度并将其转换为机器人可以识别的信号。电路原理图如下：灰度传感器光敏电阻工作原理图灰度传感器示意图学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作单元电路单元电路返回返回（5）火焰传感器火焰传感器 火焰传感器是模拟传感器。它利用火焰光线敏感型的元件对火焰强火焰传感器是模拟传感器。它利用火焰光线敏感型的元件对火焰强度的检测并

12、将其转换为机器人可以识别的信号。火焰传感器的火焰探头度的检测并将其转换为机器人可以识别的信号。火焰传感器的火焰探头可以用来探测火源或其它一些波长在可以用来探测火源或其它一些波长在700nm 1000nm范围内的热源，范围内的热源，远红外火焰探头将外界红外线的强弱变化转化为电流的变化，外界红外远红外火焰探头将外界红外线的强弱变化转化为电流的变化，外界红外线越强，数值越小；红外线越弱，数值越大。在灭火比赛中，火焰探头线越强，数值越小；红外线越弱，数值越大。在灭火比赛中，火焰探头起着非常重要的作用，它可以用作机器人的眼睛来寻找火源。起着非常重要的作用，它可以用作机器人的眼睛来寻找火源。火火焰焰传传感

13、感器器学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作单元电路单元电路返回返回3.灭火装置的设计灭火装置的设计（1）行走装置及灭火装置）行走装置及灭火装置灭 火 风灭 火 风扇装置扇装置灭 火 风灭 火 风扇 控 制扇 控 制电机电机灭火机器人运行灭火机器人运行装置装置灭火机器人运行控制灭火机器人运行控制电机电机灭火装置和行走装置事物图灭火装置和行走装置事物图原理说明：原理说明：三只直流电机构成三只直流电机构成灭火机器人的行走装置灭火机器人的行走装置和灭火风扇装置，采用和灭火风扇装置，采用差动驱动方式，可原地差动驱动方式，可原地转向，遇到火源是启动转向，遇到火源是启动灭火风扇，熄灭火源。灭

14、火风扇，熄灭火源。当灭火器遇到某种请何当灭火器遇到某种请何况时可以使扬声器发出况时可以使扬声器发出声音，起到提示的作用。声音，起到提示的作用。学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作返回返回（2）扬声器装置）扬声器装置 灭火智能机器人上的麦克风是能够识别声音声强大小的声音传感器，麦灭火智能机器人上的麦克风是能够识别声音声强大小的声音传感器，麦克风采集到的信号通过克风采集到的信号通过 LM386（U14）进行放大，放大倍数为）进行放大，放大倍数为200（由（由C21 确定），输出信号接至确定），输出信号接至ADIN2。没有声音时，电压为。没有声音时，电压为2.5V 左右，转换为左右，

15、转换为10 位二进制数后得到的十进制整数为位二进制数后得到的十进制整数为127 左右，库函数左右，库函数microphone()对数据进对数据进行处理，使返回值为行处理，使返回值为01023。当有声音时，。当有声音时，LM386 的输出电压在的输出电压在2.5V 上上下波动。下波动。ADIN2 测得的电压和测得的电压和2.5 V 相减的绝对值越大，则声音越大。相减的绝对值越大，则声音越大。R47，C23 构成高频滤波，滤去线路板其他元器件产生的高频噪声。构成高频滤波，滤去线路板其他元器件产生的高频噪声。扬扬声声器器传传感感器器单元电路单元电路学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作

16、返回返回（3）LCD显示装置显示装置 灭火机器人还有液晶显示装置，应用了灭火机器人还有液晶显示装置，应用了1602液晶显示模块，它具有微液晶显示模块，它具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。这里采用这里采用2行行16个字的个字的DM-162液晶模块，通过与单片机连接、编程，完成显示功能。可显示机器人液晶模块，通过与单片机连接、编程，完成显示功能。可显示机器人在运行时的各种数据信息，在机器人自检和检测调试时有很重要的作用。在运行时

17、的各种数据信息，在机器人自检和检测调试时有很重要的作用。液液晶晶显显示示装装置置事事物物图图单元电路单元电路学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作软件设计软件设计 返回返回4控制系统设计控制系统设计 场地的四个房间内的场地的四个房间内的任何地方都有可能摆放蜡任何地方都有可能摆放蜡烛，所以机器人必须能够烛，所以机器人必须能够实现搜索所有的房间，在实现搜索所有的房间，在行走的过程中避开墙壁，行走的过程中避开墙壁，找到房间入口，找到火源找到房间入口，找到火源后，通过灭火装置迅速将后，通过灭火装置迅速将火灭掉，返回到原点。根火灭掉，返回到原点。根据以上的要求设计机器人据以上的要求设计机器人的灭火详细流程如图所示。的灭火详细流程如图所示。主控制芯片为主控制芯片为68HC11E1,其处理器速度较快其处理器速度较快,所以采所以采用用c语言编程方便简单。语言编程方便简单。是否都在白线上？定义变量停止运行调用判白线子函数判断火是否熄灭？扬声器发出警报开始结束YYN行走 查询火源 判白线N是否有火源？运行灭火程序NY主程序流程图主程序流程图学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作系统调试系统调试 返回返回三三.系统调试系统调试学习情境学习情境6 灭火机器人的灭火机器人的制作制作返回返回