基于A(yíng)Tmega48單片機的簡(jiǎn)易滅火機器人設計

4 機器人的執行器

本設計的主要執行裝置采用的是電機，根據不同的控制要求電機可以分很多種，有直流電機、步進(jìn)電動(dòng)機、舵機、伺服電動(dòng)機等等。各種不同的電機有各自不同的控制方式，和工作特

性。本設計的執行器主要包括機器人的行進(jìn)系統和滅火裝置，底盤(pán)驅動(dòng)需要控制簡(jiǎn)單方便，價(jià)格便宜，對控制精度沒(méi)有過(guò)高要求，所以可選擇小型直流電動(dòng)機，額定電壓DC9V，額定轉速200r/min。該滅火機器人的滅火機構設計采用一個(gè)離心水泵，所以同樣選擇一個(gè)直流電動(dòng)機即可。

5 機器人的控制器

控制器是機器人的“大腦”，是機器人的核心部分，其主要功能有：①機器人行動(dòng)的規劃，使機器人有序的工作;②了解工作環(huán)境，采集和存儲工作現場(chǎng)的信息，并進(jìn)行火災情況的判斷和分析;③與外界進(jìn)行信息的交互。

針對本設計選擇控制器的問(wèn)題，綜合比較了51單片機與AVR單片機，由于A(yíng)VR單片機具有編程靈活，使用C語(yǔ)言編程更容易，并自帶PWM功能，支持ISP功能，而且中斷源比較多。相比較而言51單片機抗干擾性能差，需要外圍電路復雜，沒(méi)有自帶的PWM和AD功能，而且中斷源少。綜合這些特點(diǎn)及本設計的控制要求和設計思路，最終選擇AVR單片機ATmega48作為控制器。

5.1 ATmega48單片機的引腳排列及各管腳功能介紹

5.1.1 信號引腳介紹：

如圖3所示。

★輸入/輸出口線(xiàn)

I/O口線(xiàn)：ATmega48單片機有3組I/O接口，即PB口、PC口和PD口。其中，PB口(PB0～PB7)和PD口(PD0～PD7)為8位I/O口，PC口(PC0～PC6)為7位I/O口。

★AGND 模擬/數字轉換器的電源地

★AVCC 模擬/數字轉換器的電源

★AREF 模擬/數字轉換器的參考電源輸入端

★VCC 電源

★GND 電源地

5.1.2 編程軟件介紹

ICCAVR 是一種使用符合ANSI 標準的C語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)微控制器MCU程序的一個(gè)工具，它有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：ICCAVR 是一個(gè)綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境IDE，可在WINDOWS 下工作。

5.2 電機控制電路設計

本設計采取PWM調速控制電動(dòng)機轉速，采用Mega48的16位定時(shí)計數器1來(lái)產(chǎn)生PWM波形，相位與頻率修正PWM 模式，可以產(chǎn)生高精度的、相位與頻率都準確的PWM波形。本電路采用H型驅動(dòng)電路改變電機電樞電壓的極性，實(shí)現電機的正反轉，用單片機產(chǎn)生的PWM脈沖波形觸發(fā)H橋的功率元件，實(shí)現對電機的斬波調速。如圖4所示：A路PWM從PB1輸出接L298的IN1，同時(shí)經(jīng)反向器接IN2;B路從PB2輸出接L298的IN3，同時(shí)經(jīng)反向器接IN4。L298的輸出OUT1、OUT2接一個(gè)電機，OUT3、OUT4接一個(gè)直流電機，PWM波經(jīng)L298放大后驅動(dòng)電機進(jìn)行調速。

圖4 直流電機驅動(dòng)電路

圖5 H橋工作原理圖

L298里面有兩組H橋，可以驅動(dòng)兩個(gè)小型直流電動(dòng)機。如圖5所示每一組H橋有四個(gè)三極

管，當輸入為高電平時(shí)，T1、T4導通，電流流向如圖中實(shí)線(xiàn)所示，假設電機為正轉;當輸入為低電平時(shí)，T2、T3導通，電流流向為虛線(xiàn)所示這時(shí)電機反轉。那么在一個(gè)周期內的直流平均功率為正，則電機正轉，直流平均功率為負，則電機反轉。比如說(shuō)：80%占空比時(shí)，電機正轉;20%占空比時(shí)電機反轉;50%占空比時(shí)電機停轉。

6 小結

本設計采用性?xún)r(jià)比較高的AVR單片機ATmega48作為控制器，設計了一款簡(jiǎn)易的滅火機器人模型。本設計的滅火機器人還存在一定的技術(shù)問(wèn)題，機器人的活動(dòng)范圍受到局限，反應不靈敏以及干擾問(wèn)題。在探測火源以及滅火方式還有很大的完善空間。而且，一種滅火機器人不可能適用于不同的建筑場(chǎng)合。因此，必須研究不同建筑結構特殊性，有針對性的研制相應的滅火機器人，以使滅火機器人發(fā)揮最大的作用。