一种智能灭火小车的制作方法

本实用新型涉及一种灭火小车，特别是一种智能灭火小车，属于消防设备技术领域。

背景技术：

现代社会消防安全一直是我们生活的重中之重，每年因火灾造成的损失非常惨重，当火灾发生时如何快速发现和灭火一直是人们研究的重点，而且由于火场的危险性，对消防员的人身保护也越来越得到人们的重视。因此很多发达国家都非常重视灭火装置的应用和发展，已经出现了形形色色的新型灭火装置，近年来随着电子科技及IT技术的飞速发展，有很多新型的智能灭火机械被应用于消防现场，其中具有初步自行工作能力的灭火机器人已经得到很大的发展，现有的大部分灭火机器人均采用智能小车的形态出现，仅仅能实现初步的避障灭火，自行式灭火小车由智能系统自行决定喷洒灭火剂的剂量及时机，没有人工干预，缺乏现场应变的能力，对于小面积火源，由于感应器的精度问题，灭火剂喷射的精确度无法保证，而且由于轮式小车本身的结构问题，在喷洒灭火剂时往往因为灭火剂喷射时产生的后座力造成小车本身位置及灭火剂的喷射方向发生变化，由于以上缺陷，现有的智能灭火小车只能应对个别环境下的灭火工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：考虑到火场的复杂性，结合现有灭火机器人的优点，提供一种基于Arduino单片机并通过蓝牙实现手机控制的多功能灭火小车，能够随时切换不同工作模式，应对复杂多变的火场情况，可以在灭火时保证小车车体稳固，而且可以提高灭火剂的喷洒精度，更加高效的完成灭火工作。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种智能灭火小车，包括小车车体、小车控制系统、灭火系统，小车控制系统包括Arduino Mega2560单片机、HC-06蓝牙模块、动力驱动接口电路、传感器接收电路及电源模块，所述小车车体上设置有电动举升臂，电动举升臂上设置有举升臂驱动电机，所述小车车体上还设置有左轮驱动电机、右轮驱动电机，所述举升臂驱动电机、左轮驱动电机、右轮驱动电机分别与动力驱动接口电路连接，电动举升臂上设置有三个火焰传感器及灭火水炮，灭火水炮与设置在小车车体上的蓄水桶连接，所述火焰传感器与传感器接收电路连接，所述小车车体后部设置有地面支架，所述地面支架与小车车体转动连接，所述地面支架上设置有支架电机，支架电机与动力驱动接口电路连接；进一步的，所述智能灭火小车还包括红外避障模块及红外循迹模块，所述红外循迹模块包括小车车体底盘上朝向地面方向设置的两个红外线发射接收传感器，两个红外线发射接收传感器沿车体横向设置，所述红外循迹模块包括小车车体前部设置的三个红外避障传感器，所述红外线发射接收传感器、红外避障传感器分别与传感器接收电路连接；进一步的，所述火焰传感器在电动举升臂上从左至右呈直线水平排列，以以小车车头左右方向为X轴，从左至右三个火焰传感器的中轴线分别与X轴有30°、90°和150°的交角。

本实用新型的有益技术效果在于：通过在灭火小车上设置单片机、蓝牙模块、火焰探测模块、红外避障模块、红外循迹模块、灭火模块、电机驱动模块、电源模块，组成以单片机为核心的智能小车控制系统，能够通过蓝牙模块连接手机后，通过手机APP控制小车，能够实现小车的前进、后退、停止、左转、右转、开关灭火装置，在循迹灭火、自动巡航式灭火等功能中自由切换，可以现场对灭火小车的轨迹进行人工干预，提高灭火效率；通过将火焰传感器及灭火水炮设置在电动举升臂上，可以通过调节电动举升臂的高度使火焰传感器更精确的确定火源位置，并控制灭火水炮进行精准投放；在小车车体后部设置的地面支架，小车行驶时抬起不影响正常行驶，在灭火水炮工作时放下支撑于地面，可以起到稳固小车车身的作用，保证小车的灭火精度。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的整体结构示意图。

图2为本实用新型的一个实施例底部结构示意图。

图3为本实用新型的一个实施例的火焰传感器布置示意图。

图4为本实用新型一个实施例红外避障传感器的电路原理图。

图5为本实用新型一个实施例循迹灭火模式的流程图。

图6为本实用新型一个实施例各功能模块的功能框架图。

图7为本实用新型一个实施例传感器接收电路的电路原理图。

图8为本实用新型一个实施例蓝牙模块的电路原理图。

图9为本实用新型一个实施例巡航灭火模式的流程图。

图10为本实用新型一个实施例动力驱动接口电路的电路原理图。

具体实施方式

为了更充分的解释本实用新型的实施，以下提供本实用新型的实施实例，这些实施实例仅仅是对本实用新型的阐述，不限制本实用新型的范围。

结合附图对本实用新型进行进一步解释。附图中标记为：1. 小车车体；2. 小车控制系统；3. 电动举升臂；4. 举升臂驱动电机；5. 右轮驱动电机；6. 左轮驱动电机；7. 火焰传感器；8. 灭火水炮；9. 蓄水桶；10. 地面支架；11. 循迹红外线发射接收传感器；12. 红外避障传感器；13. 支架电机。如图所示：一种智能灭火小车，包括小车车体1、小车控制系统2、灭火系统，小车控制系统2包括Arduino Mega2560单片机、HC-06蓝牙模块、动力驱动接口电路、传感器接收电路及电源模块，所述小车车体上设置有电动举升臂3，电动举升臂上设置有举升臂驱动电机4，所述小车车体1上还设置有左轮驱动电机6、右轮驱动电机5，所述举升臂驱动电机4、左轮驱动电机6、右轮驱动电机5分别与动力驱动接口电路连接，动力驱动接口电路原理图见附图10。电动举升臂3上设置有三个火焰传感器7及灭火水炮8，灭火水炮8与设置在小车车体1上的蓄水桶9连接，所述火焰传感器7与传感器接收电路连接，所述小车车体1后部设置有地面支架10，所述地面支架10与小车车体1转动连接，所述地面支架10上设置有支架电机13，支架电机13与动力驱动接口电路连接。所述智能灭火小车还包括红外避障模块及红外循迹模块，所述红外循迹模块包括小车车体底盘上朝向地面方向设置的两个红外线发射接收传感器11，两个红外线发射接收传感器11沿车体横向设置，所述红外避障模块包括小车车体前部设置的三个红外避障传感器12，所述红外线发射接收传感器11、红外避障传感器12分别与传感器接收电路连接；所述火焰传感器7在电动举升臂3上从左至右呈直线水平排列，以以小车车头左右方向为X轴，从左至右三个火焰传感器的中轴线分别与X轴有30°、90°和150°的交角。

本灭火小车控制系统整体由Arduino Mega2560单片机、蓝牙模块、火焰传感器、红外避障模块、红外循迹模块、灭火模块、电机驱动模块、电源模块组成。蓝牙模块通过与手机端上的蓝牙进行匹配，接收从手机端发送过来的动作指令，再把指令传递给单片机，单片机通过分析处理接收到的指令来运行不同的子程序，从而实现小车的不同功能。通过手机APP控制小车，能够实现小车的前进、后退、停止、左转、右转、开关灭火装置、循迹灭火、自动巡航式灭火等功能，本实用新型各功能模块的功能框架图见附图6，其中红外避障与红外循迹模块需要用到5路数字输入输出口进行高低电平信号采集，左轮及右轮电机驱动也需要用到4路PWM的数字信号引脚，还有火焰传感器及蓝牙模块也需要占用大量数字输入输出口。本实用新型采用Arduino Mega2560作为核心处理器，它采用USB接口的核心电路板，具有多达54路数字输入输出，特别适合需要大量IO接口的设计。同时作为一个开源的硬件平台，Arduino内部封装了很多函数和大量的传感器函数库，很适合在本实用新型上采用。本灭火小车的蓝牙模块使用HC-06 蓝牙模块实现，蓝牙模块的电路原理图如附图8所示，将HC-06的TXD接Arduino Mega2560的RX端， RXD端接Arduino Mega2560的TX端，蓝牙模块与手机配对以后完全就当是一个固定波特率的串口使用，通过串口的AT命令集对蓝牙和小车模块进行配置，蓝牙连接手机后，通过手机APP发送串口数据，利用蓝牙与Arduino Mega2560保持通信。本实用新型的传感器接收电路的原理图如图7所示，火焰传感器可以检测火焰或者波长在760纳米-110纳米范围内的光源，探测角度在60度左右，对火焰光谱特别灵敏，火焰传感器有D0数字端口和A0模拟端口，本实用新型采用火焰传感器的A0端口，远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，反映为0-255范围内数值的变化，红外光越弱，数值越小，反之则越大。在灭火小车工作时，火焰传感器的感应到的数值输入到Arduino Mega2560中，Arduino Mega2560根据信号变化控制电机驱动模块对小车左车轮与右车轮的转速进行处理，使小车进行左转或右转，向着红外光最强的方向前进，在调整好小车姿态后，Arduino Mega2560通过电机驱动模块调整举升臂驱动电机调整举升臂的举起高度，在火焰传感器信号最强的方位指令支架电机将小车支架放下后支于地面，启动水泵开始灭火作业。水泵的开启由Arduino Mega2560控制输出信号，在程序中输出一个低电平0时，就可以启动水泵，在Arduino Mega2560中设定相应的灭火工作延时，当到达时间后水泵停止工作，小车继续前行。在循迹灭火模式下，通过手机APP下发指令，手机通过蓝牙发出相对应的信号，位于小车上的蓝牙模块收到信号后传送给Arduino Mega2560，Arduino Mega2560根据程序内容来执行相对应的指令。

本实用新型在循迹方面主要采用比较常用的“红外探测法”，循迹灭火模式的流程图见附图5。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点确定行走的路线。在小车行驶过程中不断向地面发射红外光，地面不同的颜色对红外光的反射和吸收不同，红外接收管接收到的光的强度就不同，从而确定行走的路线。本实用新型的循迹系统路径可以识别黑色和白色两种。循迹模块由安装在车底盘的两个横向设置的红外传感器组成，每个传感器的红外发射管不断发出红外线，当发出的红外线没有被反射回来或反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时的TTL输出为高电平，相应指示二极管一直处于熄灭状态；当红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管导通，此时的TTL输出端为低电平，指示二极管被点亮。灭火小车循迹灭火功能是小车沿铺设的黑白线前进，黑色路线被左侧的红外传感器检测到，则意味着小车偏移到路线右侧，此时小车左转；黑色路线被右测的红外传感器检测到，则意味着小车已经偏移到路线左侧，此时小车右转，当火焰传感器检测到火焰时，小车立即停止前进，开始启动灭火程序，Arduino Mega2560通过火焰传感器感应判断火焰是否熄灭，如果未熄灭，小车前进一段距离后停下继续灭火。直到熄灭线路上所有火焰。

本实用新型的巡航灭火功能主要用于不知道房间内是否起火或者火源位置不确定，让智能灭火小车在自主巡逻过程中能够准确发现火源地并顺利避开障碍物到达火源地完成快速灭火工作，巡航灭火模式的流程图见附图9。巡航灭火模式采用红外避障模块和三个火焰传感器作为主要工作模块。火焰传感器在电动举升臂上从左至右呈直线水平排列，以以小车车头左右方向为X轴，从左至右三个火焰传感器的中轴线分别与X轴有30°、90°和150°的交角，因为火焰传感器探测夹角为60°，这样放置刚好可以覆盖前方180°，避免探测死角。

在实验环境下，火焰传感器离火焰的距离和对应的测量电压如表1所示。

表1 火焰传感器的测量距离和测量电压关系表

调节火焰传感器的检测阀值，其最远探测距离可以达到90cm-100cm，可以根据实际情况调节小车的灭火距离。

在巡航灭火模式下，采用表2所示的路径巡航测量。根据三个火焰传感器检测到火焰信号的大小确定小车的行进方向。

表2 火焰探测器的输出信号与小车的巡航测量

避障程序由三个红外避障传感器的数字输出信号为主要参数，红外避障传感器的电原理图见附图4。在巡航灭火工作模式中，小车主要遵循“左转法则”，即小车前进过程中延左侧旋转，直到火焰探测器探测到火源，启动灭火子程序，灭火完成后继续进入巡航程序。巡航灭火工作模式流程图如图9所示。

在详细说明本实用新型的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术保护范围。