毕业设计救援机器人控制系统设计

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1、 本科毕业设计（论文）题目：救援机器人控制系统设计学生姓名学号教学院系专业年级指导教师职称完成日期摘要 本文介绍了一种基于装载了dsp芯片的大学版智能机器人的灭火控制系统。该系统采用了大学版智能小车MT-UROBOT为硬件平台，因为其是专门为大学进行课程教学、工程训练、科技创新以及研究服务的新型移动智能机器人，有一个功能很强的CPU和一组灵敏的传感器，它不仅可以对外部环境做出敏锐的反应，而且还可以与你进行交流，具有良好的人机界面。灭火控制装置是以小车为平台与电子开关协同来控制风扇，用ROBOT-X编写程序的一套控制系统。本设计中的机器人模块突出的扩展性能，高速的处理系统，使得灭火控制系统方案与

2、方式多种多样，配套的ROBOT-X编程软件拥有由浅入深的流程图、C语言2种语言实现功能，除此之外汇编语言编程环境也是我们大学版智能机器人的重要特色。在本次设计中，硬件电路电子开关除了可以控制小车风扇外，还可以通用在众多有关电子方面的电路中。本设计中还考虑到小车自身对风扇的供电不足，外置了独立的供电电源，以及对小车输出的控制信号存在的电压不足的问题，也设置了提高电压的电路，使小车与风扇能够正常的运行。该智能机器人可以用于灭火、救援等危险作业。关键词：智能机器人；控制系统；风扇；电压AbstractThis paper introduces a loaded dsp chip based on t

3、he university version of Smart car in the fire control system. The system uses the university version of Smart car MT-UROBOT as the hardware platform, because it is designed for University teaching, engineering training, technology innovation and research services in the new mobile intelligent robot

4、, a functional strong CPU and a set of sensitive sensors, which can not only make a sharp response to the external environment, but also to communicate with you, good man-machine interface. Fire control car as a platform based on collaboration with the electronic switch to control the fan, with the

5、ROBOT-X programming of a control system.The design of the car highlight the scalability, high-speed processing systems, making fire control system programs and a variety of ways, supporting the ROBOT-X programming software has a progressive approach to the flow chart, C Language 2 language features,

6、 addition Assembly language programming environment outside the university version of our important feature of intelligent robots. In this design, the hardware circuits of electronic switches to control the car in addition to the fan, but also can be common in many areas related to electronic circui

7、ts. The design also takes into account the cars own power supply shortage of fans, external independent power supply, and the existence of car control signal output voltage shortage, but also increase the voltage of the circuit is set so that car with the fan to normal operation.Keywords: smart car;

8、 control system; fan; voltage目录1绪论11.1选题目的及意义11.2国内外研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2国内研究现状22总体设计方案32.1设计的要求32.2工作原理33救援灭火机器人的组成43.1救援灭火机器人硬件平台43.1.1 MT-UROBOT的电池43.1.2微控制器63.1.3 控制部分73.1.4传感器83.1.5执行部分93.2救援机器人软件平台104硬件连接与软件编程134.1远红外传感器的安装134.2红外传感器的安装144.3风扇安装144.4自己动手排除故障185机器人灭火195.1调节轮差195.2调节传感器215.2.1调

9、节红外传感器215.2.2调节远红外传感器225.3调节风扇255.4循迹灭火总程序调试265.5程序下载调试275.5实验环境296结论30谢辞31参考文献32附录33附录1：ROBOT-X编程软件函数库33附录2：本设计小车相关控制器件与控制卡技术指标35附录3相关传感器技术指标38附录4传感器接线39救援机器人控制系统设计1绪论1.1选题目的及意义近年来，我国石化等基础工业有了飞速的发展，在生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，由于设备和管理方面的原因，导致化学危险品和放射性物质泄漏、燃烧爆炸的事故增多。消防机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火场实施有效的灭火救援、化学检验和

10、火场侦察。它的应用将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。在深圳清水河火爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火灾等事件发生后，国内消防部队要求研制、配备消防机器人的呼声越来越高。此次消防机器人的研制成功，对我国21世纪的消防装备的发展以及消防部队的技战术的拓展将产生重要的影响。具体表现为: (1)机器人具有灵活性好、机动性强的特点，有较好的爬坡和越障能力，能适应现场各种各样的地理环境。 (2)机器人的探测技术发展迅速，能迅速找到火灾的位置。机器人利用传感器通过探测遇险人员的呻吟声、心脏跳动的频率的信息能找到他们的位置。 世界上许多

11、国家都在研制军用机器人、扫雷机器人和排爆机器人等危险作业机器人。救灾灭火机器人是机器人的发展领域中的组成部分，属于危险作业机器人的1个分支，具有危险作业机器人的特点。 1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状在国外，救灾机器人发展迅速，技术日益成熟，并进入实用化阶段，日本、美国、英国等已开始装备使用。在灾难现场中，救灾机器人应能迅速找到幸存者的位置。 日本大阪大学研制出蛇形机器人，能在高低不平的模拟废墟上前进，其顶端带有1部小型监视器，身体部位安装传感器，可以在地震后的废墟里寻找幸存者。 美国iRobot公司研制了PackBot系列机器人，能适应崎岖不平的地形环境和爬楼梯，主要执行侦察任务、

12、寻找幸存者、勘探化学品泄漏等任务。 InuKtun公司研制了机器人MicroVGTV ，机身可变位，采用电缆控制，含有直视的彩色摄像头，并带有微型话筒和扬声器，可用于与压在废墟中的幸存者通话，适用于在小的孔洞和空间中执行任务。 除了前面的中小型救灾机器人，微型救灾机器人也正在研究中，美国加州大学伯克利分校研制出世界第1个苍蝇机器人，通过装在它脑袋上的微型传感器与微型摄像机，可以到倒塌的建筑物废墟底下或其他灾难场所寻找幸存者。1.2.2国内研究现状在国内，救灾机器人的研究刚刚起步，但进展很快。二十世纪九十年代，我国由国家科学技术委员会正式立项的国家863高科技计划研究发展项目“消防机器人”研究课

13、题，在公安部上海消防科学研究所通过专家组验收，标志着我国第一代消防机器人正式诞生。该机器人本体由行走部分、遥控消防炮、防爆系统、图像传输系统、探测系统和冷却自卫系统等构成，其探测系统根据消防机器人正压防爆控制、安全自卫、化学检验、火情侦察的要求。我国消防机器人技术的发展不但是对消防部队抢险救灾能力的提高，起到减少国家财产损失和灭火救援人员伤亡的作用，同时也对我国机器人技术、通信控制技术、计算机技术等多学科领域技术的发展起到积极的作用和深远的影响。中科院沈阳自动化所在2002年研制了1种蛇形机器人，由16个单自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成，在监控系统的无线控制下可实现蜿蜒前进、后退、侧移、翻滚等

14、多种动作，并能通过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图像传回监控系统。 国防科技大学在2001年也研制了1种蛇形机器人。中国矿业大学在“211工程”的支持下，已开始研制煤矿救灾机器人。2总体设计方案2.1设计的要求本设计将利用以DSP TMS320LF2407 为主控制CPU的智能小车，搭建相应的传感器模块和灭火装置（风扇）等，组成一套完善的硬件设施。再搭配相应的机器人控制系统编程软件，实现灭火救援功能。该设计主要实现的功能如下：1. 利用红外传感器可以实现壁障移动；2. 利用温度传感器寻找火源；3. 能用灭火风扇实现灭火功能。2.2工作原理实现灭火的流程图图2.1灭火控制系统方框图3救援灭火机器

15、人的组成3.1救援灭火机器人硬件平台本设计的硬件平台为MT-UROBOT，大学版机器人MT-UROBOT，是专门为大学进行课程教学、工程训练、科技创新以及研究服务的新型移动智能机器人。 MT-UROBOT有一个功能很强的“大脑”和一组灵敏的“感觉器官”，它不仅可以对外部环境做出敏锐的反应，而且还可以与你进行交流；它有听觉、视觉、和触觉，与周围世界互动时，会像人一样使用动作和声音来表达感觉。 突出的扩展性能，高速的处理系统和由浅入深的流程图、C语言、汇编语言编程环境是我们大学版智能机器人的重要特色。MT-UROBOT结构简图如下图3.1 MT-UROBOT结构简图3.1.1 MT-UROBOT的

16、电池MT-UROBOT可以在线充电：也就是不用取出电池，直接为机器人充电。图3.2 充电器充电示意图3.1.1.1 开机充电1. MT-UROBOT可以一边充电一边活动，这样很方便，不会影响你对机器人进行编程和调试。您要采用这种方式给MT-UROBOT充电时，只需： 2. 将充电器取出； 3. 把充电器充电线插入控制按键中的充电插口； 4. 另一端充电器电源插头插入标准电源插座上（220V，50Hz）。 3.1.1.2 关机充电MT-UROBOT也可以关机充电。只需将机器人的电源关闭，按击控制按键中的“开关”键，“电源”指示灯灭就表示电源已经关闭。这时再用以上三个步骤给机器人充电。充电1.5小

17、时即可充满。3.1.1.3 更换电池电池充满电压8.4V，额定工作电压7.2V，最低工作电压5V。电池可重复充电。因为MT-UROBOT里用的是锂电池，没有记忆和充爆问题，所以你可以随时充电随时用。 当电池达到使用寿命后，需要更换电池，我们按下面步骤进行： 1. 关闭MT-UROBOT的电源； 2. 将电池取出，更换电池； 3. 重新装上新电池。 3.1.1.4 扩展电源在主控盒的前侧有专门的备用电源接口，用户可以直接为机器人充电。3.1.2微控制器DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为

18、0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点： （1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法； （2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据； （3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问； （4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持； （5）快速的中断处理和硬件I/O支持

19、； （6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； （7）可以并行执行多个操作； （8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 当然，与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。 DSP优点： 对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小； 容易实现集成；VLSI 可以分时复用，共享处理器； 方便调整处理器的系数实现自适应滤波； 可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等； 可用于频率非常低的信号。 DSP缺点： 需要模数转换； 受采样频率的限制，处理频率范围有限； 数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。 但是

20、其优点远远超过缺点本设计中采用的TI公司生产的TMS320系列的DSP，其体系结构专为实时信号处理而设计，该系列DSP将实时处理能力和控制器外设功能集于一身,适合于应用在控制系统中。TMS320LF2407A的CPU是基于TMS320C2XX的16位定点低功耗内核。其体系结构与高速运算能力使自适应控制、卡尔曼滤波、神经网络、遗传算法等复杂控制算法得以实现。存储器配置 TMS320LF2407A地址映象被组织为三个可独立选择的空间：程序存储器（64K）、数据存储器（64K）、输入/输出（I/O）空间（64K）。这些空间提供了共192K字的地址范围。 其片内存储器资源包括：544字16位的双端口数

21、据/程序DARAM、2K字16位的单端口数据/程序SARAM、片内32K16位的Flash程序存储器、256字16位片上Boot ROM、片上Flash/ROM具有可编程加密特性。 TMS320LF2407A的指令集有三种基本的存储器寻址方式：立即寻址方式、直接寻址方式、间接寻址方式。为了提高数据通信的实时性和可靠性，采用双向缓冲的方法实现了双机通信。这种通信方式大大提高了人机交互的响应速度。3.1.3 控制部分控制部分是MT-UROBOT机器人的核心组成部分，集成在一个主板盒里面，作为控制核心的主板盒上各个功能模块、按键及插接口的位置和名称如图3.6所示。图3.3 MT-UROBOT主板盒示

22、意图（1）主板位于MT-UROBOT中心部位的控制部件是MT-UROBOT的大脑主板，它被安装在主板盒里面，由很多电子元器件组成，跟人的大脑一样，主要完成接收信息、处理信息、发出指令等一系列过程。 MT-UROBOT的记忆功能，主要由主板上的内存来实现，至于“大脑”的分析、判断、决断功能则由主板上的众多芯片共同完成。（2）控制按键 位于MT-UROBOT主板盒上得众多控制按键、指示灯等等，是MT-UROBOT机器人运行控制部件。（3） 扩展接口电路板 位于MT-UROBOT前端的扩展接口电路板提供了心脏（主板盒）与眼睛（各种传感器）及手脚（各种执行机构）之间的信息传达桥梁，并给执行机构及各种传

23、感器提供动力。MT-UROBOT可以根据用户不同的创新设计安装不同的扩展接口电路板，机械连接甚至在理论上可以无限扩展。图3.7所示为扩展三块电路板的安装方式。扩展板各接口注释见附录4。图3.4 MT-UROBOT扩展电路板安装示意图3.1.4传感器本设计主要采用红外传感器传感器支架可安装红外发射、接收传感器，远红外传感器 。小车配套的灭火风扇支架可安装红外发射、接收传感器，光敏传感器等多种传感器。 大学版机器人采用了3只远红外光电接收二极管（700nm-1000 nm）（如下图）构成红外传感系统，主要用来检测前方、左前方和右前方的热源，检测距离范围为01m。用户可以通过调节电位器来调节远红外传

24、感器灵敏度。图3.5 远红外传感器MT-UROBOT机器人的红外传感器共包含两种器件：红外发射管和红外接收管。图3.6红外发射、接收传感器工作原理：红外发射传感器发射出红外线，经障碍物反弹回来，由红外接收传感器接收，再将信号输入给小车，由DSP处理器处理来判定什么位置是否有障碍物，小车该作出什么动作。使用函数unsigned int IR_CONTROL(unsigned int IN_CHAN,unsigned int OUT_CHAN);3.1.5执行部分MT-UROBOT机器人的执行部分是机器人执行具体功能时所要用到的部件，如图2-7所示，MT-UROBOT机器人的执行部分共有以下五种：

25、图3.7 MT-UROBOT执行部分1）扬声器 MT-UROBOT机器人可以通过扬声器发出一定频率的声音，可以通过编程让机器人演奏歌曲。 2）LCD MT-UROBOT机器人上的LCD为12864，可以显示中文以及各种字符。利用LCD可以显示程序运行的中间结果。 3）主动轮及其驱动机构 MT-UROBOT机器人有两只金属铝芯、橡胶外胎的主动轮，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转，这些平地上的技术动作；驱动机构由直流电机和减速比约为30：1的齿轮箱构成，齿轮减速箱将直流电机输出的扭矩和转速转化为MT-UROBOT需要的扭矩和转速。动力强，效率高，噪音小。 4）从动轮 MT-UROBOT机器人

26、有1只从动轮。众所周知，三点支撑结构是最稳定的结构，从动轮和两只主动轮形成三角形稳定地支撑着机器人的身体。从动轮方向的改变是随着主动轮的方向改变的。 5）直流电机 在MT-UROBOT机器人上有两个高速直流电机。3.2救援机器人软件平台本设计采用的是ROBOT编程软件，双击mtu文件夹中的可执行文件Robot.exe 图标，进入了机器人编程界面如图27所示。它支持流程图语言、汇编ASM和C语言程序。（函数库见附录1）ROBOT-X编程软件操作流程如下图图3.8 新建或打开文件图3.9 初始界面流程图界面流程图模块包括五个部分：执行模块、数字信号输入、数字信号输出、模拟信号输入、控制逻辑。 执行

27、模块可实现直行、转弯、停止、显示、等待、清屏、音乐、手臂控制等功能。直行函数为move(int SPEEDL,int SPEEDR,int EXSPEED);参数分别为左轮速、右轮速、扩展电机的速度，速度范围在-20002000内C语言与汇编语言编程界面图3.10 C语言编程界面以上为大学版智能机器人的整体环境，在图2-8中的C语言编程环境中使用C语言实现自己的编程环境，通过C语言语句接受机器人的外界信息，在对得到的信息进行处理之后，使用相关的语句实现对机器人执行机构的控制。注意因为离火源过近容易损坏远红外传感器，所以在距离火源一定距离的时候就要停止靠近火源，开始实施灭火。a）点击编译按钮 b

28、) 将机器人与计算机连接起来（用串口连接线，一端接计算机的九针串口，一端接机器人后面控制面板上的下载口）。 c) 将机器人的“开关”按钮打开，使机器人处于开机的状态。 d) 机器人液晶屏上出现上出现运行或下载时，通过机器人左面的按钮图3.11小车操作屏幕调到下载，按下0k按钮，接着按下黄色下载按钮，此时屏幕上会显示“下载等待”（一定要确认屏幕出现省略号后再执行下一步） e) 按流程图界面中的按钮，待看到“下载成功！”字样时，取下串口连接线，将机器人放在平稳的地方，按复位按钮，选择液晶屏上运行-ok，按机器人上的绿色“运行”按钮，此时机器人就以左右轮都为200的速度运动3秒钟之后停止。4硬件连接

29、与软件编程4.1远红外传感器的安装本设计红外接收管可以安装于MT-UROBOT机器人的正前方，两只红外发射管安装于红外接收管的两侧；同时红外发射管也可以安装于MT-UROBOT机器人的正前方，两只红外接受管安装于红外发射管两侧。如下图图4.1传感器安装示意图红外接收管和发射管也可以安装到灭火风扇支架上面，可以说MT-UROBOT机器人给用户提供了更多的自主创新空间去发挥。 红外发射管可以发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线以后，通过A/D转换送入CPU进行处理。MT-UROBOT机器人的红外传感器能够看到前方10cm80cm ，90范围内的比210mmx

30、150mm面积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以外，它可就没法看到了。 在MT-UROBOT机器人的可视范围内，可以调整它的可视距离。通过M3的螺钉将传感器固定在机器人扩展支架上，然后连接到扩展板的模拟量输入接口AD1AD8。其具体连接见附录4。远红外传感器电路原理图如下图4.3 远红外传感器电路原理图4.2红外传感器的安装红外避障传感器用来探测的不同方向的障碍物，可以使机器人有效的避开障碍物。红外发射端口接在数字输出端口上DO1DO3; 红外接收端口接在数字输入端口上DI6;端口安装具体位置见附录4。功能头安装位子如下图图4.4红外传感器安装实际图4.3风扇安装本设计针对小

31、车的自带电源可能供电不足，将独立外置电源装备到小车上。保证小车能够长期的正常运行，不会因为电力不足而中途出现停车现象。本设计没有采用小车配套的风扇，而是采用外置的风扇，并且设计了一个继电器的开关电路，使小车的风扇能够通过程序来自动开启。4.4电子开关电路的设计4.4.1电子开关 本设计采用电子开关来控制电路，使之来驱动风扇转动，使电路的结构简单化。电子开关是利用电力电子器件实现电路通断的运行单元，至少包括一个可控的电子阀器件，分为1）直流电子开关，能使直流电流通断的一种电力电子开关。 2）交流电子开关，能使交流电流通断一种电力电子开关。 3）微电子开关，一种可以设置电脑开机关机的硬件设备。 开

32、关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都

33、具有重要的意义。开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。 开关电源的三个条件 1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态 2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频 3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流 开关电源的分类： 开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的

34、技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。 接地 开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。 保护电路 开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。 发展动向 开关电源的发展

35、方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。高频化是开关电源轻、小、薄的关键技术，开关电源的轻、小、薄也是重要的技术指标。 开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。 模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换

36、电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。4.4.2继电器本设计中采用的继电器作为开关电路核心元件。继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热，又称激励量）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。（1）继电器的继电特性继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断导通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的

37、这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。 释放值xf与动作值xx的比值叫做反馈系数，即Kf= xf /xx 触点上输出的控制功率Pc与线圈吸收的最小功率P0之比叫做继电器的控制系数，即Kc=PC/P0图4.5继电器（2）继电器工作原理和特性当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)继电器及非电气量(如温度、压力、速度等)继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。图4.6继电器结构图本设计中使用的是电磁式继电器，一般由铁芯、线

38、圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。4.4.3电路设计本设计中的电

39、子开关电路包括一个5V标准的电磁式继电器，一个1K的电阻，1个NPN的三极管，1个二极管。如下图图4.7电子开关电路图小车外置电路如上，+5V，DO5，GND接数字端口DO5的三个引脚。4.5自己动手排除故障（1） 如果出现无线通讯模块无数据传输，请您先检查与机器人扩展板连接的插座是否可靠连接，方向是否正确；（2） 检查软件选择的串口与模块连接的机器人的串口是否一致。5机器人灭火5.1调节轮差当拿到一个以前未上手的大学生智能小车时，首先做的应该检查各部件是否能正常运行，这是非常重要的。第一步检查是否有轮差，轮差到底是多少。步骤如下打开ROBOT软件，新建一个任务，输入下图程序图5.1调节轮差本

40、程序主要测试小车是否能正常的走直线，通过此程序来判定小车左右轮是否转速是一样的，或者是有误差的，只有知道了轮差才能为后面的程序的正常书写做铺垫。注意：在程序中的直线模块是而不是，这主要是因为在中的设置属性框为图5.2直行属性设置框无法做到单独调节单个轮子的速度，而的属性设置如下图图5.3转弯属性设置框1可以单独设置左右轮中的任何一个轮的速度，在中的属性设置为一正一负，如下图图5.4转弯属性设置框2只需将负号去掉，则此时也具有了走直线的功能了。本设计中，通过多次的测试，左轮比右轮快16，所以在编写程序的时候，走直线的地方统一写MOVE（N，N+16）。5.2调节传感器5.2.1调节红外传感器本设

41、计使用了小车配套的蔽障用的红外传感器，红外传感器的相关技术指标见附录3，安装位置见附录4。设计中使用的蔽障程序如下：#include #include ingenious.h int obstacle1=0; int obstacle2=0; int obstacle3=0; void main() while(1) obstacle1 =IR_CONTROL(6,1); /*红外接收端为DI6，发送端为DO1*/obstacle2 =IR_CONTROL(6,2); /*红外接收端为DI6，发送端为DO2*/obstacle3 =IR_CONTROL(6,3); /*红外接收端为DI6，发送

42、端为DO3*/Mprintf(3, obs1=%d,obstacle1); /*屏幕第3行显示红外发送端口1的值*/Mprintf(5, obs2=%d,obstacle2); /*屏幕第5行显示红外发送端口2的值*/Mprintf(7,obs3=%d,obstacle3); /*屏幕第7行显示红外发送端口3的值*/ if(obstacle1 & obstacle2 & obstacle3) /*如果3个红外端的值为真*/ move150, 166, 0);/*小车向前移动*/ else if(!obstacle1) /*如果DO1端口红外端的值为假*/move(-150, 166, 0);

43、/*小车向左移动*/ else move(150, -166, 0); /*小车向右移动*/ 在调试过程中小车的显示屏幕上会显现obstacle1=1或者0；obstacle2=1或者0；obstacle3=1或者0；当出现obstacle1=1；obstacle2=1；obstacle3=1；时，表示小车的左前右方向都是无障碍的，若出现obstacle1=0；obstacle2=1；obstacle3=1；时，表示小车的左方没有障碍，这时根据程序小车将自动调整位置，向着出口方向前进。出现其他情况程序也作出如此相应的调整。在小车的传感器上有电位器，可以通过对其的调节来调节蔽障距离。5.2.2调

44、节远红外传感器本设计采用小车配套的远红外传感器，远红外传感器的相关技术指标见附录3，安装位置见附录4。注意：由于远红外火焰探头工作温度为-2585,存放温度为30 100，超过以上温度范围，远红外火焰探头可能会出现工作失常甚至损坏，所以在使用过程中应注意火焰探头离热源的距离不能太近，以免造成损坏。另外，远红外传感器探测角度为60（参见下图），测试时最好让热源处于探头的检测范围内。图5.5远红外传感器探测角度设计中使用的检测火源的程序如下#include #include ingenious.h int AD_1 = 0; int AD_3 = 0; void main() while(1) A

45、D_1 = AD(1); AD_3 = AD(3); Mprintf(5, AD1=%d,AD_1); /*在显示屏第5行显示AD_1的值*/Mprintf(7,AD3=%d,AD_3); /*在显示屏第7行显示AD3的值*/ if(AD_1=400 & AD_3600) /*如果AD_1的值大于600*/ move(200, 216, 0);/*小车向前移动*/ else if(AD_1=AD_3) /*如果AD_1小于等于AD_3的值*/ move(-200, 216, 0); /*小车向左移动*/sleep(300); /*小车保持上条指令的状态300毫秒*/move(200, 216,

46、 0); /*小车向前移动*/ else move(200, -216, 0); /*小车向右移动*/sleep(300); /*小车保持上条指令的状态300毫秒*/move(200, 216, 0);/*小车向前移动*/ 本程序实现的功能是：1） 红外传感器定义AD_1与AD_3初始化置为0；2） 在小车的显示屏上第5行与第7行分别显示AD_1与AD_3采集到的数据；3） 如果AD_1与AD_3采集到相同的400，则小车向前移动；4） 如果AD_1的值大于600，且AD_1=AD_3时向左转；此传感器在工作时，将会在小车的屏幕上显示AD1=“数值” ；AD3=“数值” ；本程序通过数值的改变

47、来确定小车前方是否有火源。5.3调节风扇在电路完成后调试过程中发现，通过接直流稳压电源来模拟实际电路，和使用万用表测得的结果表明，要想导通三极管使电路的继电器动作的DO电压必须高于0.7V，而拿到小车的DO端实际能够输出电压只有0.6V，不足以达到能够导通三极管的最低电压的0.7V，而当接入小车的实际电压测得需要电压为1.2V（不能过高，过高之后能导通，而无法控制其关断），所以在本设计中，在DO口外加了一个旧干电池（新电池为1.5V），来提高小车的实际输出电压。DO口为高电平时输出为0.6V，低电平时不为真正的0V，而是可能有很小的电压波动。在程序中通过DO口来控制输出。C语言的命令为：高电平

48、输出 DO（N，1）低电平输出DO（N，0）N为输出电平的数字通道 N为1-5控制风扇的流程图程序和C语言如下图5.6控制风扇的流程图程序和C语言框图程序的功能是：1）开始运行；2）将数字端口DO5置为低电平（保证小车运行时的电压不会发生大的波动，而导致小车的风扇在开机时就运行）；3）保持上个状态5000MS；4）将数字端口DO5置为高电平（风扇转动）；5）风扇持续转动5000MS；6）程序停止。5.4循迹灭火总程序调试本设计最终的总程序如下:#include #include ingenious.hint AD_1 = 0;int AD_3 = 0;int obstacle1=0; int

49、obstacle2=0; int obstacle3=0;void main() while(1) DO(4, 0);/*数字输出端口DO4置为低电平*/ AD_1 = AD(1); AD_3 = AD(3); obstacle1 =IR_CONTROL(6,1); obstacle2 =IR_CONTROL(6,2); obstacle3 =IR_CONTROL(6,3); Mprintf(3,AD_1=%d,AD_1); Mprintf(5,AD_3=%d,AD_3); If(obstacle1 & obstacle2 & obstacle3) move(150, 166, 0); els

50、e if(!obstacle1) move(-150, 166, 0); Else move(150, -166, 0); If(AD_3300 & AD_1300) DO(4, 1);/*数字输出端口DO4置为高电平*/ sleep(5000);/*保持上个指令状态5000毫秒*/ else DO(4, 0);/*数字输出端口DO4置为低电平*/ 本设计的最终程序实现的功能，是前面几个程序合成，基本实现前面的功能。5.5程序下载调试大学版机器人采用MAX232串口驱动芯片与PC机通讯，在boot程序中对接收数据判断处理，并驱动SCI发光二极管，因此PC传较多数据给大学版机器人时，绿色SCI

51、发光二极管会闪动。 在程序编写之前要特别注意： RS232接口要与程序书写地址一致，不一致需要改写为一致，否则程序无法正常下载。查看RS232串口线在电脑上的COM口，在电脑属性硬件里面可以查看设备管理器。图5.7系统属性硬件窗口图5.8 设备管理器窗口查看端口1） 知道RS232串口线COM端口为COM2时，需要将MTU文件夹下的中的PORT口改为相应的COM口，为PORT=2，若不修改则程序无法下载。图5.9 MTU-记事本窗口2） 程序的WORK_PATH应该与相应的ROBT-X软件安装位置一致，不然程序无法编译成功。图5.10 MTU-记事本窗口2ENVWORK_PATH代表工程存储运

52、行地址，一般默认的ROBOT-X安装在C：下，如果安装在其他盘则需要修改WORK_PATH后面的地址。若在程序下载过程中，突然出现又无法下载的情况，则需要将RS232串口线拔掉，重复上面的过程，重新查看相应的端口和修改MTU中的配置。5.5实验环境本设计中应特别注意实验环境的一些影响。1）对于红外传感器，在蔽障测试与试验中，小车运行的场地光线应当尽量的明亮，不要出现阴影的角落，因为实际测试中发现小车会将阴影或光线太暗的地方判定为障碍物，而导致无法通过实际没有障碍的地方。2）对于远红外传感器，在使用过程中，场地的光线应分布均匀，不然小车会在一开始运行的时候就将光线不均变化错误的判定为火源，而立马

53、启动风扇而导致实验失败，所以实验的场地一般为实验室，并将电灯全部打开。除此之外还应当注意的是，打火机或者蜡烛等火焰较小的火源，在试验中可能因为无法识别而无法使小车的风扇转动，所以在实验用使用的火源应当尽量的大一些。6结论本设计的救援小车灭火控制系统，采用了电子开关控制风扇开关，以及采用了ROBOT-X编程软件编程，最终实现灭火控制。该设计中设计的外置电源解决了小车的电力不足的问题，避免了以往的小车在运行过程中的的电压不足而导致风扇停机的问题，保证了小车的长期正常运行。该设计中的开关电路实现了风扇的自动开关，实现了自动化的控制。在电子开关中的DO口的位置可加一个滑动变阻器与一个电池的串联电路，这

54、样可以避免DO口的输出数字电压的不足问题，可以让DO口数字信号去驱动不同要求的开关电路，但是此结构对滑动变阻器的精度和可调性要求较高。该装置是在实验室条件下设计制作而成的，在实际应用中本电路还可以根据用户需要，通过修改程序实现更多的功能；另一方面，本设计中的扩展板还有许多端口没有使用，可以根据需要再次对其功能进行扩展。谢辞参考文献1 美Rulph Chassaing.DSP原理及其C编程开发技术.北京：电子工业出版社, 2005年2 王庆有. 光电传感器应用技术. 北京:机械工业出版社，2007年3 张洪润. 传感器技术大全. 北京：北京航空航天大学, 2007年4 吴冬梅,张玉杰.DSP技术

55、及应用. 北京：北京大学出版社，2006年5 任建国.DSP开发技术实例与技巧. 北京：国防工业出版社, 2007年6 大学生机器人项目开发手册7 网络相关资料附录附录1：ROBOT-X编程软件函数库附录2：本设计小车相关控制器件与控制卡技术指标MT-R-motion-2（两轴运动控制卡）技术指标：􀂾1、 两轴高精度闭环控制􀂾 2、采用 DSP（TMS320LF2407A）+CPLD（EPM7128S）架构为主控制CPU􀂾 3、输入电源：DC 1836V，0.5A􀂾 4、CPU 工作频率：40MHz􀂾 5

56、、编码器最大响应速度：10MHz􀂾 6、32K 字Flash 程序存储器，64K 字RAM􀂾 7、64K bits 掉电数据保护存储器􀂾 8、工业级设计􀂾 9、具备光电隔离 RS-232、CAN 总线接口􀂾 10、16 路10 位A/D 接口，16 路光电隔离DI 接口，16 路光电隔离DO 接口，16 路超声波传感器控制接口，8 路8 位D/A 控制接口􀂾 11、电源输入滤波及反接保护，输出 DC-DC 隔离􀂾 12、具有电源供电状态检测功能􀂾 13

57、、具有程序运行状态检测功能􀂾 14、全开放式 DSP JTAG 接口，用户可以通过仿真器在线调试主控制器􀂾 15、全开放式 CPLD JTAG 接口，用户可以通过CPLD 编程电缆调试控制器MT-SERVO-8（舵机控制器）技术指标：1、 8 通道伺服舵机驱动控制2、采用 Atmel 51 系列单片机89C2051 为主控制CPU3、 控制信号线性驱动 4、输入电源：DC 836V 宽电压输入，电流3A5、具备 DC 5V 3A 稳压输出6、1 路UART 串口7、1 路电池接口、1 路充电及外接电源接口MT-A-con（单轴伺服驱动器）技术指标：1、 24

58、0W 直流电机单轴伺服驱动控制卡2、 高精度闭环控制3、 采用 DSP（TMS320LF2407A）+CPLD（EPM3032S）架构为主控制CPU4、 全桥驱动放大及驱动5、 可驱动电机额定电流：10A，峰值电流：20A6、 输入电源：DC 1836V7、 CPU 工作频率：40MHz8、编码器最大响应速度：10MHz9、 32K 字Flash 程序存储器，64K 字RAM10、 64K bits 掉电数据保护存储器11、 RS-232、CAN 总线接口12、 DI、DO 扩展接口13、 1 路正交增量编码器输入接口14、 1 路绝对值编码器输入接口15、 过流、过热保护16、 电源输入滤波

59、及反接保护，输出 DC-DC 隔离17、 具有电源供电状态检测功能18、 具有程序运行状态检测功能19、 全开放式 DSP JTAG 接口，用户可以通过仿真器在线调试主控制器20、 全开放式 CPLD JTAG 接口，用户可以通过CPLD 编程电缆调试控制器MT-DSP-Emulator-USB2.0（USB2.0 DSP 仿真器）技术指标：1、 高速 USB2.0 标准接口，兼容USB1.1 协议2、标准 14Pin Jtag 仿真接口3、 铝合金外壳4、支持 Windows98/NT/2000/XP 操作系统5、仿真速度快，不占用目标系统资源MT-U-maincontrol(主控制器)技术指标：􀂾 1、采用 DSP TMS320LF2407 为主控制CPU􀂾 2、输入电源：DC 718V，0.5A􀂾 3、工作频率：40MHz􀂾 4、32K 字具有掉电记忆功能的存储器􀂾 5、具备 RS-232、CAN、SPI、并行总线接口􀂾