火灾预警机器人设计
2.2环节设计及思路
在此次设计中，我将涉及的环节分为大致四个部分：即火焰检测部分，报警部分，驱动和避障部分，灭火部分，各部分的环节设计和部件选择将在下面做简要叙述，具体的内容在第四部分的硬件设计中指出。
火焰检测部分：由于燃烧的明火状态，应在第一时间感应到，所以在传感器的选择上我选择了光敏电阻对明火感应，它能立即产生跳变信号输入给控制器。
报警部分：当传感器发现有燃烧状况时，必须要发出报警信号以提示室内人员进行疏散和就火行动。所以报警功能相当重要。声光报警电路主要是通过送给单片机一个信号，然后利用I/O连接LED灯，进行闪烁报警，和搭建电路连接蜂鸣器进行声音报警。由于蜂鸣器的声音过小，我选择在蜂鸣器前加一个KD9561构成音响报警电路。
驱动和避障部分：经过反复考虑论证，我制定了左右两轮分别驱动，前后万象轮转向的方案，即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，前后装两个万象轮。这样，当两个直流电机转向相反，同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松实现小车坐标不变的90度和180度转弯。
在安装时并不把两个万象轮安装在同一平面上，小车前进时，左右两驱动轮和前万象轮形成三点结构，这种结构使小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心偏移，后万向轮起支撑作用。
灭火部分：我选用了风扇对火焰进行灭火，因为可以通过单片机的编程灵活控制风扇的风量大小，而且轻便安全，不会造成资源的浪费。
3
火灾预警机器人设计 3 软件流程图
开始 程 序 初 始 化 否 是否有信号输入 是 A/D 转 换 调用声光报警子程序 启 动 寻 火 程 序 左转或右转避开障碍 是 前方是否有障碍 否 是否检测到火源 是 启 动 灭 火 通过舵机控制风扇方向灭火 是
是否检测到火源 否 结 束 图3.1 软件流程图
4
火灾预警机器人设计 4各部分程序设计
4.1 火焰探测部分
火焰是由各种燃烧生成物、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。 不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的 1 ～ 2 μ m 近红外波长域具有最大的辐射强度.
图4.1所示为采用光敏电阻作为检测元件的火焰监测报警器的电路图。PbS光敏电阻的暗电流为1MΩ，亮电阻的阻值为0.2MΩ（辐照度1mW/cm2下测试），峰值相应波长为2.2μm，恰为火焰的峰值辐射光谱。
由V1、电阻R1、R2和稳压二极管VDW构成对光敏电阻R3的恒压偏置电路。恒压偏置电路具有更换光敏电阻方便的特点，只要保证光电导灵敏度Sg不变，输出电路的电压灵敏度就不会因为更换光敏电阻的阻值而改变，从而使前置放大器的输出信号稳定。当被监测物体的温度高于燃点或点燃处发生火灾时，物体将发生波长接近于2.2μm的辐射（或“跳变”的火焰信号）。该辐射光将被PbS光敏电阻R3接受，使前置放大器的输出跟随火焰“跳变”的信号，并经电容C2耦合，送给由V2、V3组成的高输入阻抗放大器放大。火焰的“跳变”信号被放大后送给控制检测中心的放大器，并由控制监测中心发出火灾警报信号和执行灭火动作
图4.1 明火检测报警器
5
火灾预警机器人设计
4.2小车驱动部分
直直
图4-2 机器人的轮子分布 图4-3 机器人的电机驱动
经过反复考虑论证，我制定了左右两轮分别驱动，前后万象轮转向的方案，即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，前后装两个万象轮。这样，当两个直流电机转向相反，同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松实现小车坐标不变的90度和180度转弯。
在安装时并不把两个万象轮安装在同一平面上，小车前进时，左右两驱动轮和前万象轮形成三点结构，这种结构使小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心偏移，后万向轮起支撑作用。
4.2.1直流电机的结构特点
1－电枢绕组； 2－电枢铁心； 3－机座；
4－主磁极铁心； 5－励磁绕组； 6－换向极绕组； 7－换向极铁心； 8－主磁极极靴； 9－机座底脚
图4-4 直流电机的工作原理
输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
6
火灾预警机器人设计
4.2.2直流电机的机械特性
图4-5直流电动机的机械特性 图4-6 PMW脉冲宽度调制示意图
（1）额定功率：是指轴上输出的机械功率，单位为kW。
（2）额定电压：安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为V(伏)。 （3）额定电流：允许流过的最大电流，单位为A(安)。
（4）额定转速：额定转速是指电机在额定电压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机的旋转速度，单位为rpm(转/分)。
4.2.3 直流电机驱动电路
图4-7 电机驱动流程
所谓 H 桥驱动电路是为了直流电机而设计的一种常见电路，它主要实现直
7