應用nRF24L01設計的智能滅火小車

王福平等

摘 要： 在此的設計采用AT89S52單片機，由nRF無線通信模塊，多傳感器檢測模塊，滅火設備模塊和電源驅動模塊組成。通過煙霧報警系統的無線發射模塊與智能滅火車本身的無線接收模塊之間建立的的無線通信迅速得到房間著火的信號，然后啟動相應程序，通過超聲波傳感器測距檢測前進，紅外傳感器尋找火源，實現完整的滅火過程。

關鍵詞： nRF無線通信； 多傳感器綜合運用； At89s52；智能滅火

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）08?0019?03

Intelligent fire car designed with nRF24L01

WANG Fu?ping， TANG Xiao?hu， ZHU Ling

（Beifang University of Nationalities， Yinchuan 750021， China）

Abstract： The AT89S52 single chip microcomputer is used in design of the intelligent fire car， which is composed of nRF wireless communication module， multi?sensor detection module， firefighting equipment module and power dri?ving module. The signal indicating that a room is firing can be quickly got through the wireless communication chan?nel between wireless transmitting module of smoke alarm system and wireless receiving module mounted in the intel?ligent fire fighting car， in which the corresponding program is start up， and the distance to the firing room is detected by ultrasonic sensor. The intelligent fire fighting car looks for the fire source according the instruction of its infrared sensor， and achieves the complete process of extingiushment.

Keywords： nRF wireless communication； multi?sensor integrated use； At89s52； intelligent extingiushment

隨著國家與社會的發展，經濟迅速增長，各種危險場所火災頻繁出現，會給社會和人民造成重大的損失和傷害。消防救援人員就算速度再快，但也需要一段不少的時間。回顧以往慘痛的火災案例，當消防人員到來時，火勢往往已經蔓延增大，損失也不可挽回。由此智能滅火車的必要性不言而喻。

1 總體設計思路

本設計是利用AT89S52單片機制作的智能滅火小車，可實現從收集著火信息到搜索火源再到滅火全過程。采用后輪驅動，左右后輪各用一個直流電機驅動，利用PWM（脈寬調制）技術[1]動態控制電機轉動方向和轉速，首先利用各傳感器采集信息，通過軟件編程，實現機器人的滅火功能

2 硬件系統的結構設計

制作機器人選擇的是AT89C52單片機，可以說它是增強型的80C51。是一種低功耗、高性能的微控制器，具有8 Kb的系統可編程FLASH存儲器，擁有8位CPU[2]。滅火車的硬件結構分為NRF無線通信模塊、多傳感器檢測模塊、電源驅動模塊、滅火設備模塊。其總體結構如圖1所示。

2.1 nRF無線通信模塊

設計選擇的nRF24L01是單片射頻收發芯片，通過它實現該設備的自動啟動，在智能滅火車上，將其設置為無線信號接收模式，將模擬的房間內煙霧報警系統的無線通信模塊設置為發射模式，該芯片工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段[3]，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-5 dBm的功率發射時，工作電流只有10.5 mA，接收時工作電流只有18 mA。

2.2 電源驅動模塊

智能滅火車的電機采用L1298N芯片驅動。L298是專用驅動集成電路，屬于H橋電路，其內部包含四通路的邏輯驅動電路[4]。可以直接對電機進行驅動，無需隔離電路，并且可以同時驅動如圖2的M1，M2兩個電機。

2.3 檢測模塊

檢測是滅火機器人看周圍環境的過程也就是機器人的眼睛，主要分為尋跡檢測測與火源檢測，需要用到的傳感器有超聲波傳感器，遠紅外火焰傳感器。

2.3.1 尋跡檢測

機器人滅火比賽中主要采用沿墻走尋跡算法，用HC?SR04的超聲波傳感器測距感知墻壁的距離[5]，當與墻壁的距離大于某一范圍時則判定為通路，小于某一范圍時則表明檢測方向阻塞，從而控制機器人實現轉彎、直走、沿墻走的功能。

2.3.2 火焰檢測

遠紅外火焰傳感器是利用紅外敏感元件對紅外信號強度的檢測強度將其轉化為機器人可以識別的信號從而檢測火焰信號，遠紅外火焰傳感器可以用來探測波長在700～1 000 nm范圍內的紅外線，探測角度為60°。其中紅外線波長在880 nm范圍內其靈敏度達到最大[6]。滅火機器人小車前部裝有4個遠紅外火焰傳感器，當進入某一房間后，傳感器會迅速收集來自周圍的環境信息。若收集到火源發出的紅外光，根據光的強弱判斷正確的方向，機器人迅速上前將火熄滅，如果沒有檢測到紅外信息則通過尋跡檢測駛出房間，并繼續行進，進入下一個房間，直到發現火源并將其熄滅為止。

2.4 滅火設備模塊

設計采用風扇滅火，由舵機控制轉向，電機帶動扇葉轉動。舵機是一個微型的伺服控制系統 其工作原理如圖3所示，它是由控制電路接收信號源的控制脈沖，并驅動電機轉動；齒輪組將電機的速度成大倍數縮小，并將電機的輸出扭矩放大響應倍數，然后輸出；電位器和齒輪組的末級一起轉動，測量舵機軸轉動角度；電路板檢測并根據電位器判斷舵機轉動角度，然后控制舵機轉動到目標角度或保持在目標角度。

3 系統軟件設計

3.1 軟件流程圖簡述

家用型滅火機器人在開始后處于初始化待機狀態當nrf無線接收模塊接收到某一房間內發出的滅火信號后，便開始搜索火源。找到火源后通過滅火裝置迅速將火滅掉，然后停止前進。根據以上描述，設計的機器人滅火程序流程圖如圖4所示。

3.2 部分源程序

}

4 結 語

本設計的智能滅火車實現顯現實情況下滅火的全過程，在多次模擬家庭滅火實驗中基本達到了預期效果，能夠在收到著火信息后搜索火源并實施滅火，有待改進的地方主要是搜索過程不流暢，易被小障礙物干擾，程序需進一步優化，優化算法提高單片機處理速度。

參考文獻

[1] 郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2013.

[2] 張平，趙光霞.AT89S52單片機基礎項目教程[M].北京：北京理工大學出版社，2012.

[3] Nordic Corporation. nRF2401 Product Specification [R]. [S.l.]： Nordic Corporation， 2008.

[4] 宋健.基于L298的直流電動機PWM調速器[J].濰坊學院學報，2004（4）：87?89.

[5] 蘇琳.基于HC?SR04的超聲波測距器的設計[J].科技信息，2012（9）：124?125.

[6] 張新.森林火災實時監測系統火焰探測模塊的研究[D].北京：北京林業大學，2011.