一种基于ZigBee的远程控制智能消防机器人系统的制作方法

本发明涉及消防机器人技术领域，具体涉及一种基于zigbee的远程控制智能消防机器人系统。

背景技术：

消防机器人作为特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患不断增加。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈。2012年，弗吉尼亚理工学院为美国海军设计了一款charli-2消防机器人，这种机器人可以跳当时流行的“江南style”舞蹈，在youtube上走红.目前，国内一款新开发的“可变频率可变流量可变功能可变重量的火凤凰水力型消防灭火机器人”非常受到消防行业客户关注。它实现了一台控制终端，可同时控制3公里范围内的8台机器人。不仅轻巧方便，适用于各种小型日常危险的火灾事故，还特别适合天津大爆炸这类大型和特大型火灾事故，具有很多的优点。同时，该常探机器人公司也是唯一受国家科技部邀请，参加“2015年中国(绵阳)国际军工展”的消防灭火机器人公司，也是代表国家知识产权局参展“2014年中国国际高新技术成果展览会”的唯一消防机器人。随着社会经济的迅猛发展，建筑和企业生产的特殊性，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加，事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时，若没有相应的设备贸然冲进现场，不仅不能完成任务，还会徒增人员伤亡。随着社会经济的发展，各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，相应地，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患也就不断增加。这些灾害的特点恰恰在于突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难。而一旦此类灾害事故发生，消防员在面对高温、黑暗、剧毒和浓烟等各类极度危险的环境时，若没有配备相应的设备便贸然冲进现场，不仅难以完成任务，人员伤亡的几率亦会大大增加。在专利号为cn201610969499的专利文件中，公开了消防机器人系统，包括消防机器人本体硬件控制系统和远程服务平台，消防机器人本体硬件系统包括图像视频系统、驱动器及电机、传感器组、电源、无线传输设备、定位系统、信号处理模块；远程控制平台包括图像信号接收端、数据通信模块和远程服务终端。本发明具有网络化、自主化、深度人机交互等特点。

上述专利文件能部分代替人在灾害发生的最前沿探测救灾救援，融合了物联网、计算机、通信等多项先进技术，具有科技含量高、资金投入大的特点，市场准入门槛较高，软硬结合和服务定制的模式不容易复制和模仿。但是对于如何提供一种结构简单，操作便捷，功能齐全，局域传输更安全，可实现远程控制的基于zigbee的远程控制智能消防机器人系统缺少技术性解决方案。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于zigbee的远程控制智能消防机器人系统，用于解决如何提供一种结构简单，操作便捷，功能齐全，局域传输更安全，可实现远程控制的基于zigbee的远程控制智能消防机器人系统的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于zigbee的远程控制智能消防机器人系统，包括机器人系统，其特征在于：包括火灾检测系统、zigbee模块、通信系统、gps定位模块和火灾报警系统；所述火灾检测系统采用co气敏传感器采样外界co的气体浓度，经过a/d转换后送到微控器；采用烟雾传感器探测外界的烟雾浓度，并经a/d转换后由微控器处理；外界的温度检测则由所选用的zig.bee模块内置的温度传感器完成，当需要时由微控器经串口发送命令来读取温度采样值，微控器用于向中央处理器传输信号，所述zigbee模块用作局域数据传输实现火灾检测过程中模块之间的无线连接，所述中央处理器通过所述通信系统连接远程控制端，所述gps定位模块用作机器人系统的定位。

优选的，所述zigbee模块集成有符合zigbee协议标准的射频收发器和微处理器，其数据接口包括：ttl电平收发接口、标准串口rs2-32数据接口，可以实现数据的广播方式发送和目标地址发送模式，除可实现一般的点对点数据通信功能外，还可实现多点之间的数据通讯，data、run、net、alarm为sz05-adv无线通信模块的4个工作状态指示端口，分别是数据收发、系统运行、网络状态和告警，sleep引脚用来控制系统进入低功耗状态，低电平进入低功耗，高电平或悬空正常运行。

优选的，所述zigbee模块485ctl引脚是485收发控制，模块485接收时低电平输出，发送时高电平输出，center、device引脚是节点功能配置接口，均为低电平有效，或分别与引脚tiao7、tiao8接跳线帽实现，如这2个引脚都为高电平或悬空则为路由节点，config引脚是配置接口，低电平有效，或加跳线帽，可在超级终端中进入系统配置状态，模块标准工作电压为dc-5v，正常工作电压范围为5～12v，数据接口有rs-232和ttl收发2种接口模式，rs-232串口为tx2、rx2、sgnd三线工作模式，ttl为tx1、rxl两线工作模式，ttl电平为3.3v，reset进入低电平状态3s，系统进入配置状态，高电平或悬空状态则进入工作状态。

优选的，所述机器人系统由机器人本体、地面卷扬机构和控制台三部分组成，机器人本体由机体、载物箱、平衡作业臂、攀爬装置、吸附引导装置、探测传感系统、机载可编程控制器等部分构成。

优选的，所述机器人系统各部分均采用24v直流电机驱动，其动力由自身携带的蓄电池提供，地面卷扬机构由两台变频器控制电机带动卷扬机构，卷扬机构再通过钢缆用动力远传的方式驱动机器人上的攀爬装置，使机器人在楼面预设的两根钢缆上进行二维运动，攀爬装置的缠绕轮带有刹车和排线器，刹车开动时可使机器人悬停于钢缆上，稳定的定位便于各执行端作业，排线器可使钢缆有序的排列于缠绕轮上，保证攀爬装置的正常工作，控制台电脑和机器人上的机载控制器采用无线通讯方式，通过电脑控制界面对机器人发出指令并接受回馈信号，指挥机器人在定位后完成各项功能作业。

优选的，所述gps定位模块主要由at89c52单片机、max3100通用异步收发器、gps-oem板、oled显示屏等组成，at89c52单片机通过max3100接收gps-oem板发出的nema语句，经过软件编程计算出定位信息后，通过max3100将这些定位信息以rs232标准串口数据输出。

优选的，所述max3100的din引脚为串行数据输入端，dout为串行数据输出端，串行时钟的上升沿锁存din数据，dout数据由串行时钟的下降沿同步输出，max3100的din和dout引脚的串行数据序列都是16位数据，其中din数据序列的前两位表征串的数据类型，当前两位是“1，1”时，表示写命令，当前两位是“0，0”时，表示读数据，当前两位是“1，0”时，表示写数据。

优选的，所述火灾报警系统由at89c51，实时时钟电路ds1302，键盘与显示电路，rs485通信电路，max813l组成的看门狗电路，串行e2prom存储器电路等组成，采用多个传感器测量不同房间内的温度，可以设置不同房间的报警上限值，可以实现多个房间对应温度的显示和报警。

(三)有益效果

本发明火灾检测系统采用co气敏传感器采样外界co的气体浓度，采用烟雾传感器探测外界的烟雾浓度，外界的温度检测则由所选用的zig.bee模块内置的温度传感器完成，当需要时由微控器经串口发送命令来读取温度采样值，微控器用于向中央处理器传输信号zigbee模块用作局域数据传输实现火灾检测过程中模块之间的无线连接，中央处理器通过所述通信系统连接远程控制端，gps定位模块用作机器人系统的定位，本发明结构简单，操作便捷，功能齐全，局域传输更安全，可实现远程控制具有很强的创造性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的火灾报警系统硬件电路原理图；

图2是本发明的gps定位模块与微控器的连接图；

图3是本发明的zigbee模块节点电路图；

图4是本发明的火灾检测系统原理框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于zigbee的远程控制智能消防机器人系统，包括机器人系统，其特征在于：包括火灾检测系统、zigbee模块、通信系统、gps定位模块和火灾报警系统；火灾检测系统采用co气敏传感器采样外界co的气体浓度，经过a/d转换后送到微控器；采用烟雾传感器探测外界的烟雾浓度，并经a/d转换后由微控器处理；外界的温度检测则由所选用的zig.bee模块内置的温度传感器完成，当需要时由微控器经串口发送命令来读取温度采样值，微控器用于向中央处理器传输信号，zigbee模块用作局域数据传输实现火灾检测过程中模块之间的无线连接，中央处理器通过通信系统连接远程控制端，gps定位模块用作机器人系统的定位。

如图3所示的zigbee模块集成有符合zigbee协议标准的射频收发器和微处理器，其数据接口包括：ttl电平收发接口、标准串口rs2-32数据接口，可以实现数据的广播方式发送和目标地址发送模式，除可实现一般的点对点数据通信功能外，还可实现多点之间的数据通讯，data、run、net、alarm为sz05-adv无线通信模块的4个工作状态指示端口，分别是数据收发、系统运行、网络状态和告警，sleep引脚用来控制系统进入低功耗状态，低电平进入低功耗，高电平或悬空正常运行。

zigbee模块485ctl引脚是485收发控制，模块485接收时低电平输出，发送时高电平输出，center、device引脚是节点功能配置接口，均为低电平有效，或分别与引脚tiao7、tiao8接跳线帽实现，如这2个引脚都为高电平或悬空则为路由节点，config引脚是配置接口，低电平有效，或加跳线帽，可在超级终端中进入系统配置状态，模块标准工作电压为dc-5v，正常工作电压范围为5～12v，数据接口有rs-232和ttl收发2种接口模式，rs-232串口为tx2、rx2、sgnd三线工作模式，ttl为tx1、rxl两线工作模式，ttl电平为3.3v，reset进入低电平状态3s，系统进入配置状态，高电平或悬空状态则进入工作状态。

机器人系统由机器人本体、地面卷扬机构和控制台三部分组成，机器人本体由机体、载物箱、平衡作业臂、攀爬装置、吸附引导装置、探测传感系统、机载可编程控制器等部分构成。

机器人系统各部分均采用24v直流电机驱动，其动力由自身携带的蓄电池提供，地面卷扬机构由两台变频器控制电机带动卷扬机构，卷扬机构再通过钢缆用动力远传的方式驱动机器人上的攀爬装置，使机器人在楼面预设的两根钢缆上进行二维运动，攀爬装置的缠绕轮带有刹车和排线器，刹车开动时可使机器人悬停于钢缆上，稳定的定位便于各执行端作业，排线器可使钢缆有序的排列于缠绕轮上，保证攀爬装置的正常工作，控制台电脑和机器人上的机载控制器采用无线通讯方式，通过电脑控制界面对机器人发出指令并接受回馈信号，指挥机器人在定位后完成各项功能作业。

如图2所示的gps定位模块主要由at89c52单片机、max3100通用异步收发器、gps-oem板、oled显示屏等组成，at89c52单片机通过max3100接收gps-oem板发出的nema语句，经过软件编程计算出定位信息后，通过max3100将这些定位信息以rs232标准串口数据输出。

max3100的din引脚为串行数据输入端，dout为串行数据输出端，串行时钟的上升沿锁存din数据，dout数据由串行时钟的下降沿同步输出，max3100的din和dout引脚的串行数据序列都是16位数据，其中din数据序列的前两位表征串的数据类型，当前两位是“1，1”时，表示写命令，当前两位是“0，0”时，表示读数据，当前两位是“1，0”时，表示写数据。

如图1所示的火灾报警系统由at89c51，实时时钟电路ds1302，键盘与显示电路，rs485通信电路，max813l组成的看门狗电路，串行e2prom存储器电路等组成，采用多个传感器测量不同房间内的温度，可以设置不同房间的报警上限值，可以实现多个房间对应温度的显示和报警。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。