1、I 题目：基于单片机的营救机器人的设计与制作 摘 要 本论文提出了一种煤矿井下环境探测与搜救机器人系统设计方案，该机器人集先进的 机械、电子、信息、控制工程等技术于一身，采用仿生学原理，综合蛇形机器人、履带式 机器人和轮式机器人的优点，采用履带和轮胎、伸缩结构的有机结合，能适应崎岖不平的 地形环境，可以轻松爬上较高楼梯、跨越壕沟，用于搜索幸存者、探测检测井下环境，具 有体积小、成本低、可控性强等特点。 本论文重点研究了信息采集系统的设计、电机驱动模块的设计以及单片机串口通信的 设计。本论文的主要成果包括:采用 AT89C51 单片机作为机器人小车的数据处理核心；采 用温度、湿度一体式的数字智能
2、传感器 DHT11 实现矿井内温度、湿度的测定；采用红外气 体传感器 MH-44OV/D 用作矿井瓦斯浓度的测定；在单片机与 PC 机的通信方面，采用了内 部集成了 nRF401 的无线数据传输模块 PTR2000， 可靠地实现了远距离通信； 还采用了 L298 作为直流电机驱动芯片，用以控制机器人小车的前进、转向、后退。 关键词：矿井环境探测；机器人；信息采集；无线传输；电机驱动 目目 录录 第一章 引言 . 1 1.1 选题背景与意义 1 1.2 课题研究内容 1 II 第二章 系统总体方案设计 . 2 2.1 单片机 AT89C51 简介 2 2.2 温湿度传感器 DHT11 简介 5
3、2.3 瓦斯浓度传感器 MH-440V/D 简介 7 2.4 直流电机驱动模块简介 . 10 2.4.1 直流电动机简介 1 10 0 2.4.2 电机驱动芯片 L298 简介 1 10 0 2.5 无线传输模块 PTR2000 简介 . 11 2.5.1 nRF401 芯片说明 1 11 1 2.5.2 PTR2000 模块简介 1 13 3 第三章 系统硬件设计与实现 15 3.1 温湿度传感器电路设计 . 15 3.2 瓦斯浓度传感器电路设计 . 17 3.3 电机驱动电路设计 . 22 3.4 无线传输模块电路设计 . 22 第四章 系统软件设计与实现 26 4.1 软件开发环境简介
4、. 26 4.2 软件的总体设计思路 . 27 4.3 主要功能模块软件设计 . 28 4.3.1 温湿度传感器模块软件设计 2828 4.3.2 瓦斯浓度传感器模块软件设计 3 30 0 4.3.3 电机驱动模块软件设计 3 30 0 4.3.4 无线传输模块软件设计 3 31 1 第五章 系统调试 33 5.1 温湿度数据采集模块调试 . 33 5.2 电机驱动模块调试 . 33 5.3 整体调试 . 35 第六章 总结与展望 41 6.1 总结 . 41 6.2 技术展望 . 41 致 谢 43 参 考 文 献 44 III 附录 A：小车端硬件设计原理图 . 45 附录 B：PC 端硬
5、件设计原理图 . 46 附录 C：PCB 板图 47 附录 D：PC 端 VB 操作代码 48 1 第一章 引言 1.1 选题背景与意义 中国是一个产煤大国，在未来相当长的时间内，煤炭仍是主要能源结构。中国煤炭产 量占世界 35%，但矿难死亡人数却占世界的 80%。我国煤矿矿井灾害事故频繁发生，人员 伤亡十分惨重。在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间(约 48 小时)用于在倒塌的废 墟中寻找幸存者， 否则发现幸存者的几率几乎为零。 参与救援工作的救护队员在深入井下， 会遇到二次爆炸等各种危险状况。 我国煤矿大多数为井工开采， 不安全因素很多， 瓦斯煤尘和火灾等灾害事故频繁发生， 灾害事故危害
6、严重，伤害人员多，中断生产时间长，损毁井巷工程或生产设备。然而，煤 矿事故发生的原因极为复杂，是偶然性和必然性的结合，各类灾害事故存在突发性、灾难 性、破坏性和继发性特点。因此，研究煤矿救灾新装备是一项紧迫任务。 目前，救灾方式只是根据事故的类型确定救灾的方案，一般救护人员无法进入危险区 域，只能通过提升绞车、移动式风车等设备清除垃圾，向井下通风，然后再搜救遇险矿工。 这种方式危险性大，伤亡人数多，救灾周期长，往往效率低。救灾机器人利用自身的优点， 能迅速找到井下遇险矿工的位置，降低事故危害性，对提高救灾效率具有重大意义。 救灾机器人系统的优势决定了机器人能广泛地应用到一切可能对人员生命、健康构成 威胁的场所，如煤矿救灾、解救人质、处理化学危险品泄漏等等。救灾机器人的研究内容 广泛，包括移动机构、探测技术、多传感器信息融合技术、导航和定位技术、自适应控制 技术、仿生技术等方面。它既借鉴危险作业机器人的理论和方法，又拓宽新的研究领域， 具有相当的研究和应用前景。在当今社会，研究有自己特色的救灾机器人，无疑具有巨大 的社会效益和经济效益。 1.2 课题研究内
