摘 要 根据灭火机器人的竞赛规则，给出了灭火机器人的硬件结构设计方案和软件设计流程
所用的机器人处理器为AVR单片机，主要利用红外传感器、光敏传感器对环境进行检测，使机器人在场地中按照预定的方案寻找火源并扑灭
关键词 灭火机器人；传感器；ATmega32 1 引言 机器人竞赛是近年来迅速开展起来的一种对抗活动，它涉及人工智能、机械、电子、传感器、精密机械等诸多领域
通过竞赛可以培养学生的创新意识、动手能力、团队写作能力等
其中灭火比赛是开展范围最广、影响最大的机器人竞赛项目之一
比赛规则为模仿生活中消防员灭火，机器人从H点出发，在四个房间内寻找任意摆放的蜡烛，并且设法将其灭掉
比赛场地的墙壁高33cm，材质为木板，颜色为黑色
尺寸如图1所示
对于比赛，得的分越低成绩越好
另外根据选择的模式不同，计分时要乘上相应的系数
图1 比赛场地平面结构 2 系统硬件设计 2.1 系统总体设计 系统以ATmega32单片机为核心，它是一种基于增强RISC结构的、低功耗的8位单片机
其特点为：①片内具有32K字节的可编程Flash；2K字节的片内SRAM数据存储器；1024个字节片内在线可编程EEPROM数据存储器
②片内含JTAG接口
③外围接口
两个带有分别独立、可设置预分频器的8位定时器/计数器；一个16位定时器/计数器；四个通道的PWM输出；8路10位ADC；32个可编程的I/O口
④低功耗，最高工作频率为16MHz
根据灭火比赛的规则要求，配以碰撞传感器、灰度传感器、火焰传感器和红外传感器
通过两路PWM控制两只电机以驱动灭火机器人，另外一路灭火电机由I/O口通过光电耦合器直接驱动
图2 系统总体框图 2.2 系统电源部分 系统采用单电源供电电路时比较简单，但是考虑到电动机起动瞬间电流很大，会造成电源电压不稳，影响单片机和输入电路工作的稳定性和可靠性，因此采用双电源供电方案
将电机电源和单片机电源完全隔离
单片机以及传感器电路使用8V供电，电动机使用12V供电
提高电动机的供电电压，可以提高机器人的运行速度，从而可以提高灭火的成绩
2.3 电机驱动部分 机器人需要控制在一个合适的速度行驶，在灭火的过程中既要以较快的速度找到火源，又要防止因为碰撞而影响比赛的成绩
小车的速度是由两只直流电机控制
L298驱动芯片是性能优越的小型直流电机驱动芯片之一
它可被用来驱动两个直流电机或者是双极性步进电机
在6—46V的电压下，可以提供2A的额定电流
L298还有过热自动关断功能，并有反馈电流检测功能
为保证L298正常工作，建议加装片外续流二极管
由ATmega32单片机直接输出两路PWM驱动L298N
改变PWM调制脉冲占空比，可以实现精确调速
脉冲频率对电机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带负载能力差；脉冲频率低则反之
通过PD2和PD3两根I/O口线来控制电机的转动方向
图3 单片机电源电路 图4 电机驱动电路
