基于AVR单片机的简易灭火机器人设计

引言

近年来，随着石化等基础工业的飞速发展，在生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品的使用急剧增长，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。

　　1 设计要求

制作一个由计算机程序控制的机器人，在一间模拟平面结构的房间里运动，找到一根燃烧的蜡烛并尽快将它扑灭。

灭火要求：机器人不能运用任何破坏性的或危险的方法来扑灭蜡烛火焰。它可以运用类似水、空气等物质，或者使用机械方式，但是禁止使用任何危险的或可能破坏灭火现场的方法或物质。比如，不能通过燃放爆竹产生冲击来使蜡烛熄灭，也不能通过碰倒蜡烛而使蜡烛熄灭。

　　2 机器人的机械结构

图1 机器人基本结构

机器人的结构包括执行机构、传感器、控制部分及信息处理部分组成。小型机器人为了考虑其稳定性及转向的灵活性，通常其机械结构主要设计以轮式为主，常见有以上四种结构，每种结构有各自的特点，根据本设计的要求，在有轨道的房间里运行，应该选择车体较长，旋转半径较大的第一种驱动方式，易于寻找轨道。

图2 火源探测传感器

　3 机器人采用的传感器

本设计所使用的传感器主要有两种，一种是反射式光电传感器，它主要被用于机器人在寻找火源过程中躲避障碍物。这一类传感器比较常见不过多介绍。本设计中要用到的另一种传感器是火源探测传感器，它最主要的元件是用到光敏二极管。根据光敏二极管的特性，自行设计了一种火源探测传感器，电路如图2所示，当没有强光照射时Q2的电流很小，Q1的基极电位很低，三极管处于截止状态，输出2脚为高电平；当发现火源时，传感器有强光照射使少数载流子的密度增加，Q2的电流增大，从而使三极管的基极电位抬高，三极管处于饱和导通状态，输出2脚为底电平，信号传递给单片机。调节R4可以改变传感器的灵敏度。

图3 Atmega48的引脚排列