滅火機器人的功能修復與擴展

摘 要：滅火機器人實現了對安全防護的質的提高，也大大地減低了消防人員的危險。在智能循跡滅火系統中應用單片機來代替人的思考，還可以實現自動化控制，簡化了滅火的工作流程，使單片機代替多余的消防人員，節省了國家不必要的支出，減低危險。滅火機器人是城市消防必不可少的滅火工具，是撲滅火災的重要消防設備，具有廣泛的市場場景。

關鍵詞：滅火機器人；功能擴展；功能修復

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

2013年，我得到了一臺同學廢棄不用的智能小車，在老師的指導下，摸索、嘗試著恢復了小車的本身的功能，并在此基礎上對智能小車的功能進行了擴展。我把整個階段分成三個部分。第一階段（組裝階段），主要是把零件組裝完整的小車。第二階段（修復階段），主要是恢復小車原有的功能。第三階段（功能擴展階段），在原有的功能上增加新的功能。

一、機器人機型組裝。經過兩天的查閱資料和研究，終于完成了小車的組裝。

圖1

二、功能修復階段。

（一）功能分析。結合第一階段組裝過程的觀察分析可知，此機器人的主要功能為自主循跡。下面結合主要硬件功能來逐步實現機器人的循跡功能。

（二）主控芯片分析。機器人主控芯片為宏晶公司生產的STC89C52系列單片機。該單片機為一款低速的8位微處理器，共有四組I/O口。內部有三個定時器，兩個外部中斷，一個UART串口，可實現眾多功能。

前端為三路反射式紅外光電傳感器，用于檢測循跡徑，使小車實現循跡功能。

圖2

（三）電機驅動模塊分析。電機驅動部分采用L298N電機驅動模塊，內置5V穩壓電路，可直接接入7～12V電壓用以驅動直流電機，輸出5V電壓給單片機供電，模塊有四路端口用以接受單片機信號并控制直流電機狀態。

圖3

（四）系統電源分析。機器人系統采用兩節可充電式18650鋰電池供電，供電電壓為7.4V，經由L298N電機驅動模塊變壓后向單片機供給5V電壓，從而驅動整個機器人系統運作。

（五）程序編寫及下載工具介紹（圖略）。程序編寫及調試使用keil4軟件，編寫完成后利用STC單片機專用下載工具連接，通過USB轉TTL轉換器下載到單片機中，再進行系統的整體調試。

（六）循跡功能實現。

三、功能擴展階段

經過較長時間的思考，在老師的啟發下，我決定在原來的基礎上加上以下三個功能：

（1）藍牙，實現手機遙控功能。

（2）火光/火焰傳感器，實現滅火功能。

（3）紅外傳感，實現防墜崖功能。

通過老師的幫助，在循跡小車的基礎上，將此車擴展為消防車，以消防為主，避崖、循跡為輔。運用手機藍牙無線遙控。消防模塊包括：火焰檢測，距離檢測，障礙物檢測，防撞檢測和滅火裝置。

圖4

小車四角裝有基本支架，支架集有檢測、防撞、避崖模塊，主要包括四路距離檢測模塊、以及一組橫向檢測對管。紅外發射對管原理：紅外探測法，如果遇到對管之間有物體，則接收不到信號，此時說明前方有物體，即可做出下一步姿態調整。

滅火部分功能設計及實現：火源檢測模塊檢測到火源，隨即調整車身向火源方向移動，當小車前方一對紅外對管檢測到已到達火源位置，開始滅火。（由于場地原因，滅火方式暫由風扇代替）

滅火機器人運行的原理：

（1）循跡功能：由于本作品原有功能為循跡行駛，因此小車上電后默認工作在循跡狀態，即可以通過車前三路循跡模塊實現沿黑色線路行駛的功能。

（2）藍牙功能：小車上電后藍牙模塊處于待機狀態，當有手機發起藍牙連接時即開始工作。當小車接受到由藍牙模塊傳輸的遙控信號時，自動判斷信號內容，并由信號指令調節小車下一步的工作模式。

（3）避崖功能：避崖功能整合在滅火模式中，即小車可以實現在某一無邊沿平臺上自由行駛，當傳感器檢測到行駛路線前方為懸崖式，自動根據傳感器組合狀態調整行駛方向。

（4）滅火功能：當小車工作在滅火模式時，通過車前端可旋轉的火焰傳感器檢測前方180度范圍內有無火源，若發現某一方向有火源，調整小車方向靠近火源，當橫向傳感器檢測到火源位置時，啟動滅火風扇，熄滅火源，重復這一周期。

滅火機器人設計的意義、使用價值：實現了對安全防護的質的提高，也大大地減低了消防人員的危險。在智能循跡滅火系統中應用單片機來代替人的思考，還可以實現自動化控制，簡化了滅火的工作流程，使單片機代替多余的消防人員，節省了國家不必要的支出，減低危險。

應用領域：此模型可以在安全消防控制等領域得到廣泛應用，例如城鎮、工礦企業等撲救火災、搶救人員、物資或其它方面的作業，它的出現已成為城市消防必不可少的滅火工具，是撲滅火災的重要消防設備。具有廣泛的市場場景。

心得與體會：這次的動手實踐讓我收獲頗多，掌握了很多以前不熟練的東西，認識了很多以前不熟悉得東西，使我在學習的路上又前進了一步，也認識到很多的不足。

這次的設計的目的是消防車，在設計過程中，我接觸了許多新的元器件并且知道了他們的使用方法以及用途。設計中更讓我看到單片機的巨大作用，它在我們的生活中無處不在，激發了我努力學好單片機的斗志。

在焊接過程中，我發現即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯，這使我深深感受到理論與實際間的差距。通過這樣的設計，提高了我們的動手能力。每天在實驗室除了焊接線路板，還可以上機編程，使我們軟件調試知識也提高了。

總的來說在滅火機器人的制作過程中拓寬了我的知識面，培養了我的動手能力，讓我學會了主動思考、探索、研究，運用學到的知識解決實際的問題。

程序實現的代碼（略）

[作者簡介]劉聞博（1998.03-），男，河南駐馬店人，駐馬店市高級中學教師，本科。