1。3 主要研究内容

本课题主要研究了包括电机模块、电机驱动模块、调速模块和核心控制器模块等的选择，以及所使用到的传感器和灭火设施，包括循迹传感器、火焰传感器、超声波传感器以及风扇灭火模块等，除了相关硬件方面的研究，还有相关软件的设计，包括了机器人循迹行进方式（前进、左转、右转等），风扇灭火模块与火焰传感器的关联以及超声波测距与数码管显示。

2 系统设计

2。1 整体设计

本课题的总体设计思路是，通过机器人上搭载的多种传感器，包括了红外循迹传感器，火焰识别传感器，超声波传感器等，这些传感器可以检测外界环境的各种情况，将检测到具体外部环境情况转换成的数据传输给控制芯片，由控制芯片对数据进行分析处理，然后对相应情况选择相应的侧路，从而完成相关操作。系统主要流程图如图2-1所示：

 消防机器人整体系统设计图

2。2 系统方案流程图

本课题为训练消防机器人的循迹功能，使用黑色胶带为机器人指示行进路线，机器人通过循迹传感器，必须沿着既定路线进行行驶，当行驶过程中火焰传感器检测到火焰源（如：蜡烛或打火机）时，机器人立即停止行驶，并通过驱动风扇电机来启动灭火模块即风扇对蜡烛进行灭火。

其流程图如下：

图2-2 方案流程图

    如图2-2所示，从打开机器人总开关开始，机器人系统初始化，之后对控制状态清零，通过各种传感器检测到的数据调用相应模块，并实时检测离前方障碍物的距离，遇到火焰时，能够驱动灭火模块对火焰进行吹灭操作。

2。3 电机模块

方案一：步进电机

    步进电机是能够使得角位移或线位移由电脉冲信号转变而来的一种元件，在没有超载的前提下，转速与最终停止的位置只由脉冲信号的频率和脉冲数而决定，而且并不会受到受负载变化的影响，在当驱动器收到一个脉冲信号时，该驱动器就会驱动电机依据设定的方向转动一个固定的角度，之后点击的旋转就是以这个固定的角度进行运行的，并且可以通过控制脉冲的个数来控制这个固定角的位移量，来达到精确的定位的目的；与此同时可以使用控制脉冲的频率的方法来控制电机转动的速度等，从而可以达到调整速度的目的。

    步进电机作为感应电机的一种，它的基本工作原理是利用电子电路将直流电转变为分时供电，电流通过多相时序来达到控制的效果，以此来为电机供电，让步进电机可以正常工作。

    步进电机虽然已经在很多范畴和领域中得到广泛地应用，但是并不能像普通的电机在常规情况下使用，这是因为它必须使用特别的脉冲信号和驱动电路来共同组成控制系统才能正常进行工作，而且该控制系统涉及诸多其他的专业领域，十分复杂。

如果将步进电机作为本设计系统的电机，虽然可以实现机器人行进路线、路程和位置的精确定位，但是步进电机的输出力矩较低，且会随着转速的提高而降低，甚至在较高转速时会急速下降，而本设计中系统是有一定速度要求的，但是步进电机不适合像本课题设计一样有一定速度要求的系统，所以在设计时放弃该方案。

方案二：交流电机

    交流电机可以进行机械能和交流电能彼此相互转换，是目前最常用的电机，与直流电机相比较而言，不需要换向器，所以结构简单，制造方便，同时也比较牢固，但是其速度不容易控制，所以在本设计中不采用此方案。