哈尔滨工程大学火灾助救援机器人技术报告.doc

第五届“飞思卡尔”杯全国大学赛生智能汽车创意赛 技 术 报 告 学 校：哈尔滨工程大学 队伍名称：工程之星 参赛队员：黄龙中 王春阳 王晓晖 带队教师：马忠丽 曾薄文 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第四届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期： 目 录 第1章 背景 - 1 - 第2章 救援灭火机器人总体设计 - 2 - 2.1 系统功能描述 - 2 - 2.2 Freescale单片机核心板设计 - 2 - 2.3 超声波传感器 - 3 - 2.4 红外避碰模块 - 5 - 2.5 火焰传感器 - 8 - 2.6 氧气及可燃气体传感器 - 10 - 2.7 热释电传感器 - 11 - 第3章 机械结构设计 - 14 - 3.1 车体机械结构设计 - 14 - 3.2 行进方式 - 15 - 3.3 车载设备结构设置 - 16 - 第4章 软件设计 - 18 - 4.1 下位机软件设计 - 18 - 4.1.1 舵机控制 - 18 - 4.1.2 串口通讯 - 19 - 4.1.3 红外超声波组合蔽障算法 - 21 - 4.1.4 寻火焰算法 - 23 - 4.2 上位机软件设计 - 24 - 4.2.1 界面设计 - 24 - 4.3 上下位机通讯协议制定 - 24 - 4.3.1 制定各种帧类型 - 25 - 4.3.2 制定各类帧格式 - 25 - 第5章 调试与结论 - 26 - 5.1 实验环境 - 26 - 5.2 模块调试 - 26 - 5.2.1 氧气传感器调试 - 26 - 5.2.2 可燃气体传感器调试 - 27 - 5.2.3 热释电传感器调试 - 28 - 5.2.4 超声波传感器调试 - 29 - 5.2.5 红外传感器调试 - 29 - 5.2.6 火焰传感器调试 - 30 - 5.3 系统联调 - 30 - 附录A - 31 - 附录B - 32 - 附录C - 33 - 背景 在人们面对的各种灾难中，火灾时我们最经常遇到的灾难之一。火灾是由于一些安全隐患未及时发现或者人员在使用设备或娱乐等日常工作生活中不恰当行为导致的。火灾的发生与否难以预测，很多火灾往往是因为一些可燃性气体泄漏但没有及时被发现并阻止才发生的。当发生火情后，火势的发展非常迅猛，很多情况下，里面的人员会来不及逃生而逐渐被火海所围困，给被困人员的生命财产安全构成了极大的威胁。 一直以来，火灾都因其突发性，高危险性而使得救援工作难以进行，即使是受到专业训练的消防员，由于不能快速得知火灾现场内部的火情，人员被困情况的信息而不能快速的确定救援方案。我们知道，面对火灾，时间就是生命，时间就是一切，唯有第一时间快速做出反应，才能提高被困人员成功被救的几率。 由于火灾现场，尤其是着火建筑物内部，火势情况复杂，环境突变性强。如果搜救人员在未能确切知道环境信息和被困者位置的情况下采取贸然行动，救援人员本身也要承受很大的风险，在很多火灾事故中伴随发生的煤气泄漏等稍有疏忽，救援者反而会成为被困者。 科技的发展是为了更好的为人类的服务，为人们提供便利，在特殊情况下替代人去为人们完成特殊任务。传感器技术的发展使信息收集、物体的感知变得可能，集成芯片的发展使信息处理和自动控制成为可能。如果将两者结合在一起，就可设计并开发出能对环境状况实时感知并做出相应动作的智能化机器人。 我们设计制作的这款火灾救援机器人的目标是让其能在复杂的火灾现场实现自主辅助救援功能，用来完成对救援环境的火源探测、氧气和可燃性气体含量探测、生命体探测、救援环境视频图像实时监测等任务。同时，机器人自身携带有灭火装置，当监测到火源并自主定位后，机器人可自动将其扑灭，其携带的无线收、发模块可以实时的将探测数据远距离发送给上位机监控显示。为配合完成一些较高难度的动作，机器人还可工作在远距离遥控模式下，实现自动运行模式和手动运行模式相配合。 救援灭火机器人总体设计 系统功能描述 机器人系统框图如图2.1所示，以一片飞思卡尔16位微控制器MC9S12DG128 图2.1 系统框图 Freescale单片机核心板设计 Freescale单片机核心板电路主要包括：Freescale单片机最小系统、稳压电路、显示电路、风扇驱动电路、A/D转换电路、各类设备插口。 Freescale单片机最小系统由Freescale单片机以及复位电