基于單片機(jī)的智能滅火機(jī)器人

摘 要：智能滅火機(jī)器人采用AT89C52單片機(jī)作為主控芯片，通過(guò)單片機(jī)模擬PWM信號(hào)控制電機(jī)速度，利用紅外避障傳感器指導(dǎo)其前進(jìn)，并通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅鲗ふ一鹧妫^電器控制小水泵抽水，達(dá)到滅火的效果，此系統(tǒng)集信號(hào)檢測(cè)、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了智能機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：滅火機(jī)器人；AT89C52；PWM；小水泵

中圖分類號(hào)：TP242；TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 06-0000-01

智能機(jī)器人是21世紀(jì)新的熱點(diǎn)，也是一個(gè)國(guó)家整體實(shí)力的顯示。智能滅火機(jī)器人作為消防部隊(duì)中的新興力量，加入了搶險(xiǎn)救災(zāi)的行列。[1]一旦事故發(fā)生，假如沒(méi)有有效的方法、裝備及設(shè)施，救援人員將無(wú)法進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)，而此時(shí)，智能滅火機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門(mén)撲滅惡性火災(zāi)的能力，對(duì)減少國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。[2-3]

以AT89C52單片機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了智能滅火機(jī)器人。

一、智能滅火機(jī)器人系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

二、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（一）電源模塊設(shè)計(jì)

（二）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N雙H橋直流/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。通過(guò)單片機(jī)模擬PWM信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，其響應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)。并且可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)，而且?guī)в惺鼓芏耍奖鉖WM調(diào)速，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用比較方便。

（三）火焰?zhèn)鞲衅髂K設(shè)計(jì)

火焰?zhèn)鞲衅骼眉t外線對(duì)對(duì)火焰非常敏感的特點(diǎn)，使用特制的紅外線接受管來(lái)檢測(cè)火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào)，輸入到中央處理器中，中央處理器根據(jù)信號(hào)的變化做出相應(yīng)的程序處理。

（四）繼電器及微型小水泵設(shè)計(jì)

1.繼電器：采用松樂(lè)SRD-5VDC繼電器，當(dāng)輸入電壓達(dá)到規(guī)定值時(shí)，能使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開(kāi)，具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

2.微型小水泵：微型小水泵，具備一進(jìn)一出的抽水口、排水口各一個(gè)，并且在進(jìn)口處能夠持續(xù)形成真空或負(fù)壓，排水口處形成較大輸出壓力，抽水力較大。

采用微型小水泵滅火比風(fēng)扇扇風(fēng)滅火速度更快，效率高，且小水泵起動(dòng)快、易控制，壽命長(zhǎng)，低功耗，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。

3.紅外避障模塊設(shè)計(jì)：根據(jù)光線發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，其接收電路據(jù)此做出判斷反應(yīng)，物體對(duì)紅外光由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由以下四個(gè)模塊設(shè)計(jì)：主程序模塊，PWM調(diào)速模塊，避障模塊，滅火模塊。

（1）主程序模塊：主要完成程序的初始化，以及對(duì)各模塊的調(diào)用。（2）PWM調(diào)速模塊：主要用于對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制。（3）避障模塊：用于指導(dǎo)小車前進(jìn)，以及輔助尋找房間入口。（4）滅火模塊：找到火源后，啟動(dòng)繼電器工作，打開(kāi)水泵，熄滅火焰。

四、系統(tǒng)的性能測(cè)試

在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件測(cè)試，分別模擬了幾個(gè)房間，以蠟燭模擬火源。先分別對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，然后，各個(gè)模塊組合，進(jìn)行調(diào)試，最后，對(duì)主控芯片輸入程序，進(jìn)行軟件調(diào)試。

在一系列的調(diào)試中，遇到的問(wèn)題主要有以下兩個(gè)方面：第一：火焰?zhèn)鞲衅靼惭b角度有問(wèn)題，以至未能發(fā)現(xiàn)角落中的火焰，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，改變火焰?zhèn)鞲衅鞯慕嵌龋瑔?wèn)題得到解決。第二：電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快，利用避障模塊并不能準(zhǔn)確地找到房間，通過(guò)調(diào)試PWM信號(hào)的給定值，使電機(jī)轉(zhuǎn)速合適，順利找到房間。

五、結(jié)束語(yǔ)

將所學(xué)的電子電路知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，能解決生活中的很多問(wèn)題。此系統(tǒng)模擬了現(xiàn)實(shí)生活中消防滅火的過(guò)程，通過(guò)升級(jí)和擴(kuò)展，能夠運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中。對(duì)于消防員無(wú)法到達(dá)的高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境中，可利用滅火機(jī)器人完成消防任務(wù)。它的應(yīng)用將提高消防部隊(duì)撲滅特大惡性火災(zāi)的實(shí)戰(zhàn)能力，對(duì)減少國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡將產(chǎn)生重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳義芳.滅火機(jī)器人[J].時(shí)代消防，2000（06）：15-32.

[2]李宗學(xué)，王志國(guó)，蘇曦等.國(guó)際賽制滅火機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013（01）：35-50.

[3]李鳳強(qiáng).簡(jiǎn)易滅火機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息，2012（10）：12-45.

[作者簡(jiǎn)介]胡紅偉（1990.08-），男，河南周口人，研究方向：基于單片機(jī)的滅火系統(tǒng)的研究。