摘 要

本文针对课题——基于移动机器人的智能烟雾感知器，使用两个传感器进行烟雾源点的感知，LCD显示读取数据，步进电机作为运动部件进行运动的驱动。根据方案，选取两种传感器（光电式传感器、气敏型传感器）设计相应的电路，通过对比和优劣分析，选择适合的敏感元件和传感模块电路；使用STC89C52处理器作为采集数据，LCD人机交互信息，步进电机模块驱动的核心部件。设备结构、硬件电路设计、软件设计及仿真完成后，搭建试验平台进行调试，启动样机后采集到数据，在存在烟雾，其浓度在环境中成梯度分布时，能够根据浓度梯度判断烟雾源的大概位置。最后进行实验进行定量测量和定性测试，通过数据分析设计模块的性能和存在的不足。

关键词：ST188；MQ_2；烟雾感知；移动机器人

Abstract

The author of this paper-----based on the intelligent mobile robot's smoke sensors. Using the solutions what two sensors to perceive the smoke source point, LCD display reading data, Stepper motor as the moving parts of movement of the drive. According to the scheme, choose two types of sensors (photoelectric type, gas sensitive type) design the corresponding circuit. Through the contrast and the analysis of pros and cons, that choose the suitable for sensitive element and sensor module circuit. Processor STC89C52 of smoke alarm as the core component of which gathering data/ LCD human-machine interactive information/ stepper motor module driver. In the equipment structure, hardware circuit design, software design and the simulation is completed, we build test platform for debugging. When Collected data after start the prototype. When the presence of smoke, and its concentration in the environment -- gradient distribution. The prototype according to judge the approximate location of a source of smoke concentration gradient. The last experiment, the measurement of quantitative and qualitative tests. Through data analysis and design the performance of the module and the deficiencies.

KEY WORDS:ST188; MQ_2; Smoke perception; mobile robot

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3 目的和意义 3

1.4 主要研究内容 3

第2章 基于机器人的烟雾感知与定位策略 4

2.1 方案设计 4

2.1.1 方案一 4

2.1.2 方案二 5

2.1.3 方案选择 5

2.2 机器人的感烟策略 6

第3章 硬件单元设计 8

3.1 处理器 8

3.2 数据采集模块 9

3.2.1 光电传感器的选用及其电路设计 9

3.2.2 气敏传感器设计 12

3.2.3 ST188与MQ_2 13

3.2.4 芯片选择及模块电路 14

3.3 液晶LCD1602 16

3.4 步进电机的驱动模块 17

3.4.1步进电机结构 17

3.4.2 ULN2003 17

第4章 系统程序设计 19

4.1 功能需求和总体思路 19

4.2 主程序设计 19

4.2.1 软件开发系统 19

4.2.2 整体框图设计 20

4.3 单元模块设计 21

4.3.1 传感器模块程序设计 21

4.3.2 LCD显示功能 22

4.3.3 步进电机运动设计 22

4.3.4 机器人移动 24

第5章 样机制备与实验 25

5.1 平台搭建与测试 25

5.2 附加模块——加快空气流动结构 26

5.3 实验 26

总结 30

致谢 32

参考文献 31

附1

附2

附3

附4

第1章 绪论

1.1课题背景

火，是物质燃烧产生光与热的一种物理现象。人类因为使用火而脱离了茹毛饮血的年代，走向文明，火伴随一类进化过程；如今，使用火是人们生活的一部分，然而火势一旦不可控，将会给人们生命、财产带来灾难性破坏，因而火灾的检测、预防、预警成为防火、控制火势的必要措施。

人类文明行程中一直伴随着安全用火、控制火势与灭火，到二十世纪电子产品的兴起，出现了火灾预防、报警等电子设备^[1]。1963年5月，世界上第一台燃烧式家用烟气泄露报警器在日本被开发出来，次年年底更新品问世，可对燃气、一氧化碳等气体进行监控^[2]，从此，开启了电子产品的火情预测、火灾预警、火势扑灭的新纪元。

烟雾报警器的应用，从堆满易燃物的厨房、化工原料库、布满易爆物的武器库，以及充满危险品的实验室等场地开始应用。时至今日，应用场合已无所不包，在各种生活娱乐场合都成为习以为常的配置。 在室内：应用到客厅、厨房、卧室、KTV、酒吧；在室外：应用到候车大厅、广场、森林、公园；在各种公共场和个人领地，都或多或少安装了相应的烟雾报警器设施，烟雾报警设备进入我们生活的各个场所。

1.2 国内外发展现状

烟雾报警的发展是火灾报警的衍生。火灾探测报警技术的革新，可将其历程分为四个阶段。第一阶段，在20世纪前后，其发展初期，还没引入探测烟雾的概念，火灾探测器采用感温式探测，通过采集的温度信号，对比设定阈值，判断是否发生火灾。这个阶段的火灾探测器只能近距离探测火灾，由于参量是温度，受环境干扰因素较多，灵敏度低，响应速度慢，也没有远程报警功能，很多时候出现，在人们发现火灾之后才报警。虽然局限众多，但是这阶段开启了火灾探测和报警的历程。

第二阶段是20世纪中叶。40年代末，瑞士物理学家Emst Meili的研究成果—感烟型探测器推出后，得到人们的认同和广泛应用，在市场上迅速取得主导地位。火灾探测器由感温式过渡到感烟式。到70年代，光电技术的新起，又引入了感烟型的光电探测器探测火灾。感烟型火灾探测器的发展，提升了火灾探测的探测距离和探测精度。