滅火機器人課程設(shè)計

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　設(shè)計題目： 滅火機器人設(shè)計 </p><p><b>　　滅火機器人設(shè)計</b></p><p>　　1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求</p><p><b>　　1.1 設(shè)計目的：</b><

2、;/p><p>　　1了解機器人技術(shù)的基本知識以及有關(guān)電工電子學、單片機、機械設(shè)計、傳感器等相關(guān)技術(shù)。    2初步掌握機器人的運動學原理、基于智能機器人的控制理論，并應(yīng)用于實踐。  3通過學習，具體掌握智能機器人的控制技術(shù)，并使機器人能獨立執(zhí)行一定的任務(wù)。</p><p><b>　　1.2 基本要求</b></p&

3、gt;<p>　　1要求設(shè)計一個能滅火的機器人（滅火的環(huán)境布局參考國際滅火機器人大賽的環(huán)境布局）；</p><p>　　2要求設(shè)計機器人的行走機構(gòu)，控制系統(tǒng)、傳感器類型的選擇及排列布局。</p><p>　　3要有尋找火源的策略（軟件流程圖）。</p><p><b>　　1.3 發(fā)揮部分</b></p><p

4、>　　可以增加其它的功能。 </p><p>　　2 設(shè)計過程及論文的基本要求：</p><p>　　2.1 設(shè)計過程的基本要求</p><p>　　1基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選；</p><p>　　2符合設(shè)計要求的報告一份，其中包括總體設(shè)計框圖、電路原理圖各一份；</p><p>

5、;　　3設(shè)計過程的資料、草稿要求保留并隨設(shè)計報告一起上交；報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。</p><p>　　2.2 課程設(shè)計論文的基本要求</p><p>　　1參照畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范打印，包括附錄中的圖紙。項目齊全、不許涂改，不少于3000字。圖紙為A4，所有插圖不允許復(fù)印。</p><p>　　2裝訂順序：封面、任務(wù)書、成績評審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、

6、正文（設(shè)計題目、設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思路、設(shè)計框圖、各部分電路及相應(yīng)的詳細的功能分析和重要的參數(shù)計算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結(jié)、參考文獻、附錄（總體設(shè)計框圖與電路原理圖）。</p><p><b>　　3 時間進度安排</b></p><p><b>　　2012-7-9</b></p><p><b

7、>　　中 文 摘 要</b></p><p>　　控制器是智能機器人處理和控制信息的主體，它直接決定了機器人的行為和性能。近幾年來隨著高性能微控制器和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷進步，為各類實時控制應(yīng)用提供了解決方案。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)(ES)是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、語音圖像數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，甚至傳感器等先進技術(shù)和具體應(yīng)用對象相結(jié)合后的系統(tǒng)，其是

8、硬件和軟件緊密捆綁在一起的系統(tǒng)。將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于滅火機器人的設(shè)計中，對機器人的性能智能化、網(wǎng)絡(luò)化、小型化都有了明顯提高。</p><p>　　比賽用滅火機器人需要機器人有智能較高的自動控制性能與可靠的機械控制性能的同時保證，才能在短時間內(nèi)準確尋找到火源并滅火回家。在此以ARM9處理器為核心，對基于嵌入式系統(tǒng)的智能滅火機器人進行了設(shè)計。本文將從硬件和軟件方面講述智能滅火機器人控制器的實現(xiàn)方法，并且給出了機器人滅火

9、的具體實驗，驗證了方案的可行性，為智能滅火機器人的進一步研究提供了平臺。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　中 文 摘 要V</b></p><p><b>　　1設(shè)計任務(wù)描述1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計題目1<

10、/p><p>　　1.2 設(shè)計主要內(nèi)容及要求1</p><p>　　1.2.1 設(shè)計目的：1</p><p>　　1.2.2 基本要求1</p><p>　　1.2.3 發(fā)揮部分：1</p><p><b>　　2 設(shè)計思路2</b></p><p><b&g

11、t;　　3 軟件流程圖3</b></p><p>　　4 ARM9系統(tǒng)與輔助單片機4</p><p>　　5 電源的電路設(shè)計5</p><p>　　6 直流電機的驅(qū)動設(shè)計6</p><p>　　6.1大功率伺服電機6</p><p>　　6.2 普通直流電動機8</p><p

12、>　　6.3 H橋及直流電動機簡介：8</p><p>　　6.3.1 H橋：8</p><p>　　6.3.2 直流電機：8</p><p>　　7 傳感器設(shè)計10</p><p>　　7.1 紅外測距傳感器10</p><p>　　7.2 遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M13</p><p&

13、gt;　　7.3 地面灰度傳感器16</p><p>　　8 風扇的控制及語音識別17</p><p>　　8.1風扇控制17</p><p>　　8.2語音辨識電路17</p><p>　　9 元器件清單18</p><p>　　10 元器件介紹19</p><p><b&g

14、t;　　11小結(jié)22</b></p><p><b>　　12 致謝23</b></p><p>　　13 參考文獻24</p><p><b>　　附錄25</b></p><p><b>　　1設(shè)計任務(wù)描述</b></p><p>

15、;<b>　　1.1 設(shè)計題目</b></p><p>　　火災(zāi)預(yù)警機器人設(shè)計。</p><p>　　1.2 設(shè)計主要內(nèi)容及要求</p><p>　　1.2.1 設(shè)計目的：</p><p>　　（1）了解機器人技術(shù)的基本知識以及有關(guān)電工電子學、單片機、機械設(shè)計、傳感器等相關(guān)技術(shù)。   

16、 （2）初步掌握機器人的運動學原理、基于智能機器人的控制理論，并應(yīng)用于所設(shè)計的機器人中。  （3）通過學習，具體掌握機器人的控制技術(shù)，并使機器人能獨立執(zhí)行一定的任務(wù)。</p><p>　　1.2.2 基本要求</p><p>　　（1）要求設(shè)計一個具有火災(zāi)預(yù)警滅火功能的機器人；</p><p>　　（2）要求設(shè)計機器人的行走機構(gòu)，控制系統(tǒng)、傳感器

17、類型的選擇及排列布局。</p><p>　?。?）要求機器人具有火災(zāi)預(yù)警功能，避障功能（不能撞到障礙物上），模擬滅火功能。</p><p>　　1.2.3 發(fā)揮部分：</p><p><b>　　自由發(fā)揮。</b></p><p><b>　　2 設(shè)計思路</b></p><p

18、>　　本次設(shè)計的題目是滅火機器人，基于ARM9實現(xiàn)機器人在啟動后對多個房間進行自主尋找用蠟燭模擬的火源，用伺服電機驅(qū)動，到達火源附近后，用風扇將其吹滅，然后停止工作。機器人的整體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，主要由控制器、傳感輸入、驅(qū)動輸出等模塊組成。</p><p>　　圖 2-1 機器人整體結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3 軟件流程圖</b></p>

19、<p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　Y </p><p><b>　　N</b></p&g

20、t;<p><b>　　Y</b></p><p>　　圖3—1 主程序方框圖</p><p>　　4 ARM9系統(tǒng)與輔助單片機</p><p>　　為實現(xiàn)機器人高速精確地按照規(guī)定的路徑行走，要求機器人的CPU能夠?qū)崿F(xiàn)迅速地讀取多個傳感器端口數(shù)值，并在較短的時間內(nèi)完成對各端口數(shù)值的存儲、運算和輸出等多種任務(wù)。由于嵌入式微處理器對實

21、時任務(wù)具有較強的支持能力，能夠完成多任務(wù)并具有較短的中斷響應(yīng)，因此在設(shè)計過程中選用嵌入式微處理器ARM9為核心的控制器，其內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)，每秒可執(zhí)行一億一千萬條的機器指令。</p><p>　　為提高端口數(shù)值的讀取速度，使機器人能夠?qū)χ車h(huán)境信息做出迅速判斷，笨設(shè)計在主芯片上設(shè)置了ADC0-ADC7（P4.0-P4.7）8路數(shù)據(jù)輸入端口，每秒可實現(xiàn)50萬次數(shù)據(jù)采集；另外又設(shè)置20路數(shù)據(jù)輸入端口，通過AT-MEG

22、A816—PC輔助單片機連接到主芯片上，如圖4-1,用以讀取遠紅外傳感器組及檢測端口的數(shù)值，每秒可實現(xiàn)1000次數(shù)據(jù)采集。本設(shè)計還設(shè)置了4路PWM控制信號輸出端口，用以驅(qū)動4路大功率直流電動機，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的精確調(diào)節(jié)；此外，還設(shè)置了7路D0數(shù)據(jù)輸出端口，用以驅(qū)動伺服電機、蜂鳴器、繼電器、發(fā)光二極管等。為了給龐大和復(fù)雜的程序提供更多的執(zhí)行空間，本設(shè)計附加設(shè)置了100KB的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）和512KM的程序存儲器（Flash Rom）,用

23、以存儲更多的數(shù)據(jù)和命令。</p><p>　　圖4-1 ARM微處理器與輔助單片機</p><p><b>　　5 電源的電路設(shè)計</b></p><p>　　電源是保證機器人穩(wěn)定、可靠運行的關(guān)鍵部件，它直接影響著機器人的性能的好壞。由于本機器人的電機驅(qū)動和控制器采用兩種不同等級電壓的電源，為避免2個電源互相干擾，本機器人采用雙電源供電系統(tǒng)

24、：</p><p>　　電機電源采用高放電倍率聚合物鋰電池，容量為2500MAH，工作電壓為24V，能夠提供40A的穩(wěn)定供電電流，是普通電池的10倍。</p><p>　　控制器電源采用8.4V鋰電池，并提供電壓采樣端口，以供電池檢測，電路如圖5-1所示。</p><p>　　為獲得CPU各端口電路所需要的不同等級電壓，本設(shè)計采用一個LM317T三端穩(wěn)壓器和2個AM

25、S1117低壓差線性電壓調(diào)整器，并通過其附屬電路，得到穩(wěn)定精確的5V、3.3V、1.8V三種電壓；采用1個發(fā)光二極管LD1和限流電阻R5作為電源指示燈，以顯示電源開關(guān)的狀態(tài)；為實時采樣電源電壓，防止鋰電池過放或過充，設(shè)計中通過R1和R2分壓，引出AD19端口作為電源采樣端口。</p><p>　　圖5-1 控制器電源</p><p>　　6 直流電機的驅(qū)動設(shè)計</p><

26、;p>　　驅(qū)動輸出部分主要包括機器人行走使用的大功率伺服直流電機、滅火風扇用普通直流電機。</p><p>　　電機的驅(qū)動流程如圖6-1所示。</p><p><b>　　PWM信號</b></p><p><b>　　方向信號</b></p><p>　　圖6-1 電機的驅(qū)動流程圖</

27、p><p>　　6.1大功率伺服電機</p><p>　　設(shè)計中，機器人要在避免碰撞的前提下盡可能提高速度，因此要求具有更大功率的驅(qū)動器和更敏捷的控制方式。為此本設(shè)計采用的電機驅(qū)動電壓為16.8V，直流為20V；采用占空比范圍為0-95%的4路PWM信號控制直流電機，以實現(xiàn)精確的調(diào)速。</p><p>　　由于電機功率較大，并要求能實現(xiàn)雙向、可調(diào)速運行，本文設(shè)計了半橋式

28、電力MOSFET管，成功實現(xiàn)了對電機的控制。如圖6-2所示，2路PWM信號通過IR2104半橋驅(qū)動器（half-bridge driver）和相應(yīng)保護電路連接至型號為IFR2807的MOSFET管，控制電源與電機連接線路的通與斷，達到控制電機速度的目的。當PWM信號占空比較大時，線路導(dǎo)通時間較長，電機速度大；相反，當PWM占空比較小時，線路導(dǎo)通時間短，電機速度小。4個MOSFET管在不同時刻導(dǎo)通組合，實現(xiàn)控制電機轉(zhuǎn)動方向：當MOSFET

29、管1和4導(dǎo)通時，電機端口1為正、2為負，電機正轉(zhuǎn)；當MOSFET管2和3導(dǎo)通時，電機端口2為正、1為負，電機反轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖 6-2 伺服電機驅(qū)動電路</p><p>　　6.2 普通直流電動機</p><p>　　機器人采用風扇滅火，前后兩端各有一個直流電機帶動，直流電機由主板上的D0擴展端口驅(qū)動。</p><p>　　6.3

30、 H橋及直流電動機簡介：</p><p><b>　　6.3.1 H橋：</b></p><p>　　所謂 H 橋驅(qū)動電路是為了直流電機而設(shè)計的一種常見電路，它主要實現(xiàn)直流電機的正反向驅(qū)動，其典型電路形式如圖6-3所示。</p><p><b>　　Us</b></p><p>　　K1

31、 K2</p><p>　　K3 K4</p><p>　　圖 6-3 H橋驅(qū)動電路</p><p>　　開關(guān)K1、K4接通，電機為正向轉(zhuǎn)動。</p><p>　　開關(guān)K2、K3接通，電機為反向轉(zhuǎn)動。</p><p>　　剎車——將K2、K4開關(guān)（或

32、K1、K3）接通，則電機慣性轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電勢將被短路，形成阻礙運動的反電勢，形成“剎車”作用。</p><p>　　惰行 —— 4個開關(guān)全部斷開，則電機慣性所產(chǎn)生的電勢將無法形成電路，從而也就不會產(chǎn)生阻礙運動的反電勢，電機將慣性轉(zhuǎn)動較長時間。</p><p>　　6.3.2 直流電機：</p><p>　　輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電

33、能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。</p><p>　　直流電動機的結(jié)構(gòu)如圖6-4所示：</p><p>　　圖6-4 直流電機結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　PWM脈沖寬度調(diào)制如圖6-5所示：</p><p>　　圖6-5 PWM脈沖寬度調(diào)制</

34、p><p>　　直流電機的機械特性如圖6-6所示：</p><p>　　圖6-6 直流電機的機械特性</p><p>　?。?）額定功率：是指軸上輸出的機械功率，單位為kW。</p><p>　　（2）額定電壓：安全工作的最大外加電壓或輸出電壓，單位為V(伏)。</p><p>　?。?）額定電流：允許流過的最大電流，單位

35、為A(安)。</p><p>　?。?）額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速是指電機在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的情況下運行時，電機的旋轉(zhuǎn)速度，單位為rpm(轉(zhuǎn)/分)。</p><p><b>　　7 傳感器設(shè)計</b></p><p>　　7.1 紅外測距傳感器</p><p>　　紅外測距傳感器是機器人的視覺器官，通過不斷讀取其

36、數(shù)值并進行判斷，才能夠確定機器人所處位置環(huán)境，以確定機器人下一步該執(zhí)行什么命令不至于碰撞，并按照規(guī)定的理想路線行走。課設(shè)中采用SHARP公司的GP2D12PSD傳感器（后面簡稱PSD），其有效測距范圍為10CM-80CM。其原理圖如7-1圖所示。</p><p>　　圖7-1 紅外測距傳感器內(nèi)部電路圖</p><p>　　傳感器采用三角測量的原理，由紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光束，當紅外光束遇

37、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上，會獲得一個偏移量L，在知道了發(fā)射角度a,偏移量L，中心距X，以及濾鏡的焦距f以后，利用三角關(guān)系就可以算出傳感器到物體的距離D，如7-2圖所示</p><p>　　中心線　　　發(fā)射光　　　　　反射光　 中心線</p><p>　　D　　　　　　　　透鏡</p><p>　　紅外發(fā)射管

38、 f</p><p><b>　　CCD</b></p><p><b>　　X　　　　　　　Ｌ</b></p><p>　　圖7-2 PSD傳感器三角測量原理圖</p><p>　　本設(shè)計采用6個紅外測距傳感器，其位置如圖7-3所示。該傳感器的有效測距范圍

39、是10-80CM，故PSD安裝在距離機器人外圍a為10cm的位置來躲避傳感器的盲區(qū)。6個PSD分別位于機器人的左前、正前、右前、右后、正后及左后位置，其中四角處PSD均可檢測機器人2個方位的障礙物情況，左右兩側(cè)可不必安裝PSD，既經(jīng)濟又可靠，可對機器人周圍各方向的障礙物進行測距，以此來調(diào)整其前進方向，實現(xiàn)了機器人的全方位避障和導(dǎo)航功能。</p><p><b>　　ａ</b></p&g

40、t;<p>　　圖7-3 PSD傳感器布置方式</p><p><b>　　沿墻行進規(guī)則：</b></p><p>　　在軟件設(shè)計上,利用沿墻行進規(guī)則，簡捷地編輯主程序?qū)崿F(xiàn)機器人的沿墻壁行進。因為機器人在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上滿足雙向行進，前后兩側(cè)均可探測并熄滅火源，故可分解為前方沿左、右墻，以及后方沿左、右墻行進規(guī)則。該規(guī)則要求機器人能夠沿某墻壁快速無碰撞行進

41、，在墻壁轉(zhuǎn)折處或無墻壁時，智能機器人可以自動沿著某墻壁轉(zhuǎn)彎進行。以沿右墻新進為例，如圖7-4所示。</p><p>　　7-4 沿墻走示意圖</p><p>　　當PSD1距離小，同時PSD2距離大時，機器人執(zhí)行右轉(zhuǎn)彎；若PSD1距離小，同時PSD2距離小時，可執(zhí)行左轉(zhuǎn)彎；若PSD1距離大，同時PSD2距離小時，太靠近右墻，執(zhí)行左轉(zhuǎn)彎調(diào)整；若PSD1距離大，同時PSD2距離也較大時，太靠近

42、左墻，執(zhí)行右轉(zhuǎn)彎調(diào)整。如表1所示，通過不斷調(diào)整，使機器人始終運行在距離墻10-15cm的位置，沿墻行進，沿左墻行進及反方向沿墻行進同理，于是實現(xiàn)了智能機器人沿墻壁的行進，進而遍歷房間和尋找火源。</p><p>　　PSD狀態(tài)（距離） 機器人位置 執(zhí)行操作</p><p>　　PSD1小&PSD2大 右墻壁轉(zhuǎn)彎處 右轉(zhuǎn)彎</p&

43、gt;<p>　　PSD1小&PSD2小 右墻角處 左轉(zhuǎn)彎</p><p>　　PSD1大&PSD2小 靠近右墻處 修正左轉(zhuǎn)彎</p><p>　　PSD1大&PSD2小 遠離右墻處 修正右轉(zhuǎn)彎</p><p>　　表1 沿右墻行進規(guī)則 &

44、lt;/p><p>　　能否高速可靠地沿墻行進，決定著真?zhèn)€滅火設(shè)計的用時，基于以上基本原理，在試驗中機器人高速行進時，將PSD測距基準值劃分為多個，不同區(qū)域采用不同電機轉(zhuǎn)速，快速靈敏地控制機器人使之進入既定軌道。高速行進時采用此控制方式，克服了一般控制方式調(diào)整引起的劇烈擺動現(xiàn)象，同時對機器人高速行進時的慣性影響祈禱很好的抑制作用。</p><p>　　7.2 遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M</p&g

45、t;<p>　　機器人要完成滅火任務(wù)，首先需判斷房間是否有火源存在，如果該房間有火，則進一步確定滅火的位置，然后根據(jù)檢測的火源情況快速無碰撞地趨向火源，行進至一定位置，停止機器人行進并滅火，滅火后確認火源是否被完全熄滅?；鹧?zhèn)鞲衅鞯倪x配至關(guān)重要，為此設(shè)計了由多個遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鲉卧M成的遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M。</p><p>　　遠紅外火焰?zhèn)鞲袉卧?，電路原理?-5圖所示。</p>&l

46、t;p>　　圖7-5遠紅外火焰?zhèn)鞲衅麟娐?lt;/p><p>　　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)并指向相同方向，2個傳感器組共指向14個方向，可以覆蓋360度范圍。如圖7-6所示。此外，本設(shè)計還可以通過對14路讀取數(shù)據(jù)進行比較，從而確定其最大值最小值及相應(yīng)端口值，方便火源方位的確定。</p><p>　　圖7-6 遠紅外火

47、焰?zhèn)鞲衅鹘M</p><p>　　遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M電路圖如7-7：</p><p>　　圖7-7 遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M電路</p><p>　　遠紅外傳感器組火源定位和趨光原理為：</p><p>　　當機器人行至莫一房間，如果任意一單元端口數(shù)值大于規(guī)定值，即判斷該房間有火。此設(shè)計克服了利用單個遠紅外傳感器時，由于傳感器探頭沒有對準火源而誤判

48、該房間有火的缺點。同時滅火機器人根據(jù)各個通道取值的大小，判斷火焰相對于機器人的方位，如果端口最大值位于左側(cè)的端口，則機器人向左尋找火源；如果端口最大值位于右側(cè)的端口，則機器人向右尋找火源；如果正前方端口數(shù)值為最大值，則說明火源位于機器人正前方，于是機器人直行至火源旁滅火。一組遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M有6個端口位于兩側(cè)，可根據(jù)最大值的不同端口設(shè)置不同幅度的轉(zhuǎn)彎，與普通滅火機器人相比，可更精確的調(diào)整機器人快速趨向火源。為防止機器人碰撞蠟燭或蠟臺，

49、設(shè)計設(shè)定了如果任意端口的取值大于某個規(guī)定值，則說明機器人離火焰很近，機器人必須停止前進，啟動滅火程序；如果所有端口值都小于某一規(guī)定值，說明火源熄滅。趨光原理如圖7-8所示。</p><p>　　用遠紅外傳感器組可避免普通滅火機器人進入房間必須沿墻行至火焰旁邊滅火的麻煩，縮短了機器人發(fā)現(xiàn)火源至熄滅火源的用時，尤其是在房間面積比較大時，大大減少了整個機器人滅火的時間。其中給定值可根據(jù)具體情況調(diào)試確定。</p&g

50、t;<p>　　圖7-8 趨光原理圖</p><p>　　7.3 地面灰度傳感器</p><p>　　在機器人的起始位置做一個直徑為30cm的白色圓，每個房間入口有一條3CM寬的白線，其它地面均為黑色。機器人的啟動和停止及進房間的標志都要及進房間的標志都要依靠對地面的灰度判別，因此需使用能對地面反射光線的強弱做出反應(yīng)的傳感器。本機器人使用一對地面灰度傳感器，放置在前后兩端的底

51、座上。地面顏色越深，其值越大；地面顏色越淺，其值越小。</p><p>　　如圖7-10所示，地面灰度傳感器通過發(fā)光二極管LED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，集電極的電流也相應(yīng)的較小，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，集電極電流較大，1端口電壓值較小，測量值也較小。</p><p>

52、　　圖7-9 地面灰度傳感器</p><p>　　本設(shè)計具有4個創(chuàng)新點：</p><p>　?。?）采用了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，大大提高了機器人處理信號的能力；</p><p>　?。?）雙電源供電系統(tǒng)引入，使機器人的運行更加穩(wěn)定可靠；</p><p>　?。?）采用PWM信號控制大功率直流電動機，在速度和精度方面有了很多的進不；</p&g

53、t;<p>　?。?）通過合理的選擇PSD測距傳感器的個數(shù)和定位位置，既滿足課設(shè)要求，又能節(jié)約成本；</p><p>　　（5）本設(shè)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(wù)，提高了滅火可靠性和快速性。</p><p>　　8 風扇的控制及語音識別</p><p><b>　　8.1風扇控制</b></p>

54、;<p>　　當機器人發(fā)現(xiàn)并趨近火源后，由控制器啟動風扇滅火。滅火風扇直流電機由控制器的伺服電機輸出端口的信號驅(qū)動。</p><p>　　滅火風扇的驅(qū)動電壓為＋5V，為了增強驅(qū)動能力，我們用三極管8550做驅(qū)動電路以加大驅(qū)動電流。滅火風扇驅(qū)動電路如圖8-1所示：</p><p>　　圖8-1 滅火風扇示意圖</p><p>　　在Uin處接控制器的IO

55、口，通過IO口輸出高低電平可以實現(xiàn)三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而就可以實現(xiàn)對滅火風扇的開關(guān)控制</p><p><b>　　8.2語音辨識電路</b></p><p>　　我采用的語音播放和語音辨識的電路與單片機的接口電路如圖8-2所示：</p><p>　　8-2 語音識別電路</p><p><b>　　9 元

56、器件清單</b></p><p><b>　　10 元器件介紹</b></p><p><b>　　ARM9簡介：</b></p><p>　　新一代的ARM9處理器，通過全新的設(shè)計，采用了更多的晶體管，能夠達到兩倍以上于ARM7處理器的處理能力。這種處理能力的提高是通過增加時鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實現(xiàn)的。&

57、lt;/p><p><b>　　1 時鐘頻率的提高</b></p><p>　　ARM7處理器采用3級流水線，而ARM9采用5級流水線，如圖1、2、3所示。增加的流水線設(shè)計提高了時鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠?qū)⒚恳粋€指令處理分配到5個時鐘周期內(nèi)，在每一個時鐘周期內(nèi)同時有5個指令在執(zhí)行。在同樣的加工工藝下，ARM9TDMI處理器的時鐘頻率是ARM7TDMI的1．8～

58、2．2倍。</p><p><b>　　2 指令周期的改進</b></p><p>　　指令周期的改進對于處理器性能的提高有很大的幫助。性能提高的幅度依賴于代碼執(zhí)行時指令的重疊，這實際上是程序本身的問題。對于采用最高級的語言，一般來說，性能的提高在30％左右。</p><p>　　*loads 指令矛n stores指令：</p>

59、<p>　　指令周期數(shù)的改進最明顯的是loads指令和stores指令。從ARM7到ARM9這兩條指令的執(zhí)行時間減少了30％。指令周期的減少是由于ARM7和ARM9兩種處理器內(nèi)的兩個基本的微處理結(jié)構(gòu)不同所造成的。</p><p>　　(1)ARM9有獨立的指令和數(shù)據(jù)存儲器接口，允許處理器同時進行取指和讀寫數(shù)據(jù)。這叫作改進型哈佛結(jié)構(gòu)。而ARM7只有數(shù)據(jù)存儲器接口，它同時用來取指令和數(shù)據(jù)訪問。</p

60、><p>　　(2)5級流水線引入了獨立的存儲器和寫回流水線，分別用來訪問存儲器和將結(jié)果寫回寄存器。</p><p>　　以上兩點實現(xiàn)了一個周期完成loads指令和stores指令。</p><p>　　*互鎖(interlocks)技術(shù)：</p><p>　　當指令需要的數(shù)據(jù)因為以前的指令沒有執(zhí)行完而沒有準備好就會產(chǎn)生管道互鎖。當管道互鎖發(fā)生時

61、，硬件會停止這個指令的執(zhí)行，直到數(shù)據(jù)準備好為止。雖然這種技術(shù)會增加代碼執(zhí)行時間，但是為初期的設(shè)計者提供了巨大的方便。編譯器以及匯編程序員可以通過重新設(shè)計代碼的順序或者其他方法來減少管道互鎖的數(shù)量。</p><p><b>　　*分枝指令：</b></p><p>　　ARM9和ARM7的分枝指令周期是相同的。而且ARM9TDMI和ARM9E-S并沒有對分枝指令進行預(yù)測

62、處理。</p><p>　　3 ARM9結(jié)構(gòu)及特點</p><p>　　以ARM9E-S為例介紹ARM9處理器的主要結(jié)構(gòu)及其特點。ARM9E-S的結(jié)構(gòu)如圖4所示。其主要特點如下：</p><p>　　(1)32bit定點RISC處理器，改進型ARM／Thumb代碼交織，增強性乘法器設(shè)計。支持實時(real-time)調(diào)試；</p><p>　

63、　(2)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)SRAM，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲器容量可調(diào)；</p><p>　　(3)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器(cache)容量從4K字節(jié)到1M字節(jié)；</p><p>　　(4)設(shè)置保護單元(protcction unit)，非常適合嵌入式應(yīng)用中對存儲器進行分段和保護；</p><p>　　(5)采用AMBA AHB總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線；&

64、lt;/p><p>　　(6)支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線有簡單的握手信令支持；</p><p>　　(7)支持標準基本邏輯單元掃描測試方法學，而且支持BIST(built-in-self-test)；</p><p>　　(8)支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實時跟蹤指令和數(shù)據(jù)。</p><p>　　4 ARM9的典型應(yīng)用</p>

65、<p>　　TI公司的OMAP730是最新的無線通信基帶信號處理器。該處理器是TI的GPRS Class 12通信模塊與專用于應(yīng)用處理的ARM926通用處理器(GPP)的集成。由于GPP的速度可達200MHz，因此OMAP730具有兩倍于上一代OMAP710處理器的應(yīng)用處理性能。如同所有的OMAP處理器一樣，OMAP730可支持領(lǐng)先的移動操作系統(tǒng)，其中包括Microsoft的智能電話與Pocket PC PhoneEditio

66、n、Svmbian OS與Series 60、Palm OS以及Linux。</p><p>　　其中ARM926TEJ處理器的主要特性包括：(1)最高頻率200MHz；(2)16KB指令高速緩存，8KB數(shù)據(jù)高速緩存；(3)硬件JAVA加速；(4)擴展多媒體指令集結(jié)構(gòu)。</p><p>　　ARM微處理器是一種高性能、低功耗的32位微處器，它被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。ARM9代表了ARM公

67、司主流的處理器，已經(jīng)在手持電話、機頂盒、數(shù)碼像機、GPS、個人數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等方面有了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖10-1 ARM920T的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　11小結(jié)</b></p><p>　　機器人是我們的主要專業(yè)課之一，記得這學期開學時剛接觸機器人這門課的時候，覺得它很有趣，后來在祝老師的帶領(lǐng)下我們

68、做了很多實驗，等把那些實驗都做完了之后，覺得自己對機器人的興趣更加濃烈，通過這次課程設(shè)計使我知道了，光光學理論知識是不夠的額，一定要理論和實際相結(jié)合。</p><p>　　在實驗過程中，我遇到了很多問題。像自己設(shè)計出的程序，當真讓它運行出來時總不能如愿以償，也許存在理解的錯誤，有時更是注意不到的小錯誤。每一個程序的成功都要進過反復(fù)修改和調(diào)試，才能顯示最終滿意的結(jié)果。在同組同學和老師的幫助下，把這些問題都一一解決。

69、而且在這次實驗中我們暴露出來的知識盲點，使我對這些問題更加理解的同時也十分感動，我知道了實踐的重要性。</p><p>　　課程設(shè)計是對所學知識的綜合理解與應(yīng)用，它不僅要求掌握理論知識，而且還要具備一定的動手實踐能力。通過設(shè)計滅火機器人，讓我懂得發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，并解決問題，可以提高自己的發(fā)現(xiàn)問題，分析問題解決問題的能力。同時通過分析解決問題，加深對所學知識的理解與掌握。平時理論學習中容易忽略的細節(jié)問題，也會在

70、課程設(shè)計的實驗里被發(fā)現(xiàn)，</p><p>　　通過這次課程設(shè)計我學到了很多書本上永遠都學不到得東西，設(shè)計實踐中的教訓(xùn)也會教育我在以后的理論學習中更加注意知識點學習和加強自己實踐動手的能力?？傊?，這次課程設(shè)計讓我受益非淺。</p><p>　　本次的課程設(shè)計雖然結(jié)束了，但是學習的路才剛剛開始。這次的實訓(xùn)為我以后的路奠定了堅實的基礎(chǔ)，不會在次犯與這次同樣的錯誤。感謝同學們熱情的意見，感謝老師無

71、私的教導(dǎo)。今后我會為之努力學習，拓展自己的專業(yè)知識。</p><p><b>　　12 致謝</b></p><p>　　經(jīng)過一周的忙碌，本次設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的缺乏，在課程設(shè)計過程中難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有祝老師的督促指導(dǎo)，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。</p><p>　　這次設(shè)計雖然凝聚著自己的汗水，但卻不全是個人努力

72、的結(jié)果，如果沒有老師的指引和贈予，沒有同學們的相互幫助與支持，只憑我自己一個人是沒有辦法完成的。當我打完論文的最后一個字符，涌上心頭的不僅是完成設(shè)計的欣喜，還有涌自心底的誠摯謝意。</p><p>　　首先我要感謝祝老師對我的悉心指導(dǎo)。本次設(shè)計花了一周時間，在*老師的提示下，我有目的地尋找資料，并且在其細心指導(dǎo)下完成了設(shè)計題目,然后到論文完成部分。*老師指出電路的關(guān)鍵性地方，讓我們在設(shè)計中加以重視和注意，對我的設(shè)

73、計工作給予了很多的指導(dǎo)和幫助，另外，他對待問題的嚴謹作風也給我留下了深刻的印象。</p><p>　　也感謝**圖書館的支持，科技書刊借閱室和多媒體電子閱覽室提供本設(shè)計要求所需資料！</p><p>　　最后，還要感謝所有的老師，為我奠定了專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵，此次設(shè)計才能順利完成。再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學表示感謝。</p>

74、;<p><b>　　13 參考文獻</b></p><p>　　【1】張小偉。ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計原理與開發(fā)實例.電子工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　【2】王水平。PWM控制與驅(qū)動器使用指南及王水平。PWM控制與驅(qū)動器使用指南及應(yīng)用電路。西安電子科技大學出版社，2004、</p><p>　　【3】曹小松。移動機器