一種滅火避障小車設計

欒廣宇 楊旭峰 苑志宇 申楚儀 楊志宇

（黑龍江八一農墾大學電氣與信息學院，黑龍江 大慶163319）

1 概述

隨著科學技術的發展，智能小車用于火災救援具有實際意義，如家庭等室內小型場所的應用。國際上，美國和前蘇聯較早地開展消防小車（消防機器人）的研究，隨后，日本、德國、英國等國家都開展此項研究。如，日本東京的消防機器人“彩虹5 號”、美國的Remotec 公司Andros 消防小車、德國的LUF60 水霧滅火小車（履帶式遙控）、日本的懸浮式消防機器人“Dragon Fire Fighter”、挪威的“安娜·康達”消防機器人、英國的JCB165 型消防偵察小車、美國的InRob Tech 公司的FFR-1 消防小車等等。國內，公安部上海消防科學研究所等單位聯合研制了履帶式、輪式消防滅火偵察自動化小車。大連理工大學等多單位共同研發高層建筑消防救災小車，該小車具有吸附、爬升、伸縮、破障和照明等功能。上海交通大學和上海消防科學研究所聯合研發一種多功能的消防小車，該小車可探測和消防火場中易燃、易爆、有毒氣體。中國科技大學研發了LA-100 型雙波段大空間早期火災智能探測系統，該系統對火災煙霧和火焰探測采用特制感煙紅外陣列器材或紅外攝像機。各國對消防小車（消防機器人）研究的方向以及應用場景有所不同，可按照不同的方式進行分類。從主要功能角度，消防小車可分為火場偵察小車、破拆小車、危險品泄露探測小車、滅火小車、救人小車和多功能消防小車。從行走方式角度，消防小車可分為輪式行走消防小車、履帶式行走消防小車、吸盤式行走消防小車。從控制方式角度，消防小車可分為線控消防小車、無線遙控消防小車、自動適應消防小車。現在消防小車已由程序控制發展到具有智能化。為了實現監測小型場所，本文提出了一種基于STC89C52 芯片的滅火避障小車，其利用火焰傳感器和超聲波傳感器分別地檢測火源和避開障礙物，然后用高速運轉滅火扇撲滅火源，同時通過藍牙芯片，實現數據傳送和接收。該小車具有結構簡單、成本低、體積小等優點，為及時救援提供有效幫助，具有一定的實際應用意義。

2 滅火避障小車軟硬件設計

2.1 硬件設計

本設計的滅火避障小車以STC89C52 芯片為主控器，以及由數據采集模塊、驅動模塊、滅火模塊、藍牙模塊、電源模塊、報警模塊組成。該小車硬件結構框圖如圖1 所示。圖中，數據采集分為火焰傳感器檢測的環境中火源數據和超聲波傳感器（US-015）檢測的障礙物數據。為保證火源檢測的精確位置，遠紅外火焰傳感器被分布于小車上的多個方位。其能探測波長700 納米～1000 納米范圍內的紅外光，當波長為880 納米時其靈敏度最高。驅動模塊采用可驅動兩電機的L293D 芯片為驅動核心，當使能端為高電平時，小車驅動被啟動，并根據檢測到的障礙物數據，改變行駛的小車路徑，實現避障功能。滅火模塊是當小車行駛到火源旁時，通過滅火扇的高速運轉實現滅火功能。考慮到傳輸距離，藍牙模塊采用HC-12 芯片進行數據傳送和接收。報警模塊主要由蜂鳴器和數碼管組成。

圖1 小車硬件結構框圖

2.2 軟件設計

該小車利用火焰傳感器檢測環境中是否有火源，若沒有火源時，小車不啟動，若有火源時，小車聲音提醒并向火源方向行駛，以及通過超聲波傳感器檢測路徑中是否存在障礙物，若沒有障礙物，小車正常行駛，若有障礙物，小車行駛路徑被調整。避障時，依據小車的前方左側右側的情況，分為若左側右側有障礙物，而前方沒有，則小車前進，若左側有障礙物，而右側沒有，則小車右轉，若右側有障礙物，而左側沒有，則小車左轉，若前方左側右側都有障礙物，則小車后退。小車到達火源附近時停止，用高速運轉滅火扇滅火，并尋找其他火源，繼續滅火。其主程序流程如圖2 所示。

圖2 主程序流程

3 實驗

實驗中，由于遠紅外火焰傳感器的工作溫度范圍為-25℃～85℃，則滅火時應使火焰傳感器與火源保持一定的距離，防止距離太近造成其損壞。利用紙殼充當障礙物進行避障測試，小車可以避開障礙物，換路徑行駛，圖3 給出避障測試。利用打火機的火焰作為火源，進行滅火測試，高速滅火扇可以將火源熄滅，圖4 給出滅火測試。

圖3 避障測試

圖4 滅火測試

4 結論

本設計的滅火避障小車以STC89C52 為控制器。經實驗測試表明，該小車可檢測室內是否起火，以及檢測出火源時進行避障行駛，并到火源處滅火及繼續檢測火源，同時通過藍牙進行數據傳送和接收，其可作為家用小型滅火的有效輔助設備，從而減小家庭火災救援的難度。