基于ATmega48單片機的簡易滅火機器人設計

4 機器人的執(zhí)行器

本設計的主要執(zhí)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、步進電動機、舵機、伺服電動機等等。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(zhí)行器主要包括機器人的行進系統(tǒng)和滅火裝置，底盤驅動需要控制簡單方便，價格便宜，對控制精度沒有過高要求，所以可選擇小型直流電動機，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離心水泵，所以同樣選擇一個直流電動機即可。

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機器人行動的規(guī)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(xiàn)場的信息，并進行火災情況的判斷和分析;③與外界進行信息的交互。

針對本設計選擇控制器的問題，綜合比較了51單片機與AVR單片機，由于AVR單片機具有編程靈活，使用C語言編程更容易，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，沒有自帶的PWM和AD功能，而且中斷源少。綜合這些特點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

I/O口線：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語言來開發(fā)微控制器MCU程序的一個工具，它有以下幾個主要特點：ICCAVR 是一個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調速控制電動機轉速，采用Mega48的16位定時計數器1來產生PWM波形，相位與頻率修正PWM 模式，可以產生高精度的、相位與頻率都準確的PWM波形。本電路采用H型驅動電路改變電機電樞電壓的極性，實現(xiàn)電機的正反轉，用單片機產生的PWM脈沖波形觸發(fā)H橋的功率元件，實現(xiàn)對電機的斬波調速。如圖4所示：A路PWM從PB1輸出接L298的IN1，同時經反向器接IN2;B路從PB2輸出接L298的IN3，同時經反向器接IN4。L298的輸出OUT1、OUT2接一個電機，OUT3、OUT4接一個直流電機，PWM波經L298放大后驅動電機進行調速。

圖4 直流電機驅動電路

圖5 H橋工作原理圖

L298里面有兩組H橋，可以驅動兩個小型直流電動機。如圖5所示每一組H橋有四個三極

管，當輸入為高電平時，T1、T4導通，電流流向如圖中實線所示，假設電機為正轉;當輸入為低電平時，T2、T3導通，電流流向為虛線所示這時電機反轉。那么在一個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：80%占空比時，電機正轉;20%占空比時電機反轉;50%占空比時電機停轉。

6 小結

本設計采用性價比較高的AVR單片機ATmega48作為控制器，設計了一款簡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問題，機器人的活動范圍受到局限，反應不靈敏以及干擾問題。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。