基于AVR單片機的簡易滅火機器人設計

引言

近年來，隨著石化等基礎工業的飛速發展，在生產過程中的易燃易爆和劇毒化學制品的使用急劇增長，由于設備和管理方面的原因，導致化學危險品和放射性物質泄漏、燃燒爆炸的事故增多。消防機器人作為特種消防設備可代替消防隊員接近火場實施有效的滅火救援、化學檢驗和火場偵察。它的應用將提高消防部隊撲滅特大惡性火災的實戰能力，對減少國家財產損失和滅火救援人員的傷亡將產生重要的作用。

　　1 設計要求

制作一個由計算機程序控制的機器人，在一間模擬平面結構的房間里運動，找到一根燃燒的蠟燭并盡快將它撲滅。

滅火要求：機器人不能運用任何破壞性的或危險的方法來撲滅蠟燭火焰。它可以運用類似水、空氣等物質，或者使用機械方式，但是禁止使用任何危險的或可能破壞滅火現場的方法或物質。比如，不能通過燃放爆竹產生沖擊來使蠟燭熄滅，也不能通過碰倒蠟燭而使蠟燭熄滅。

　　2 機器人的機械結構

圖1 機器人基本結構

機器人的結構包括執行機構、傳感器、控制部分及信息處理部分組成。小型機器人為了考慮其穩定性及轉向的靈活性，通常其機械結構主要設計以輪式為主，常見有以上四種結構，每種結構有各自的特點，根據本設計的要求，在有軌道的房間里運行，應該選擇車體較長，旋轉半徑較大的第一種驅動方式，易于尋找軌道。

圖2 火源探測傳感器

　3 機器人采用的傳感器

本設計所使用的傳感器主要有兩種，一種是反射式光電傳感器，它主要被用于機器人在尋找火源過程中躲避障礙物。這一類傳感器比較常見不過多介紹。本設計中要用到的另一種傳感器是火源探測傳感器，它最主要的元件是用到光敏二極管。根據光敏二極管的特性，自行設計了一種火源探測傳感器，電路如圖2所示，當沒有強光照射時Q2的電流很小，Q1的基極電位很低，三極管處于截止狀態，輸出2腳為高電平；當發現火源時，傳感器有強光照射使少數載流子的密度增加，Q2的電流增大，從而使三極管的基極電位抬高，三極管處于飽和導通狀態，輸出2腳為底電平，信號傳遞給單片機。調節R4可以改變傳感器的靈敏度。

圖3 Atmega48的引腳排列