一种自主寻火源式灭火机器人的制作方法
【专利摘要】一种自主寻火源式灭火机器人，选用51单片机中的STC89C52，作为系统的控制主机。设计中，用来检测火源的传感器，选择常用的反射式红外对管。测到火源之后，灭火部分选用L298N驱动电机带动风扇，L298N简单方便，易于控制，且有足够的驱动能力来驱动风扇电机。为了能够实现避障功能，在机器人前部安置了能够测距的超声波传感器。整个系统的工作过程为：灭火机器人启动后，超声波测距模块开始工作，如果检测到障碍物，机器人就会在单片机的控制下转向避障。当火源检测模块检测到火源时，单片机控制机器人停止，并根据火源的方向，调整灭火风扇的转向，启动风扇灭火，灭火完毕后，关掉风扇。
【专利说明】一种自主寻火源式灭火机器人
【技术领域】
[0001]本发明是一套基于51单片机的灭火机器人，具体的说就是该装置可以实现自动寻找火源并且可以自动将火源扑灭。
【背景技术】
[0002]消防机器人的研究开发及应用，日本最为领先，其次是美国、英国和俄罗斯等发达国家。国际上对消防机器人的研究，在控制技术上可分为三个阶段:第一代是遥控消防机器人，第二代是具有感觉功能的计算机辅助遥控消防机器人，第三代是自适应智能化消防机器人。第一代和部分第二代消防机器人已开始服役，但其结构和功能在各个国家都各有特点和独到之处。目前，发达国家正在加快开发不同功能的第二代实用型消防机器人。而第三代智能型消防机器人尚在探索之中，日本美国和英国已开始进入预研和论证阶段。
[0003]国外第一代的消防机器人产品已较为成熟，其技术性能也比较先进，各种配置也较为完善，可以适应处置危险环境下的各类灾害事故，且其产品已形成系列化，可以根据用户需要进行特别配置。
[0004]美国的特种机器人，尤其是水下机器人、核工业用机器人、航天机器人军用机器人，最为发达，研究实力亦最雄厚，在消防机器人的研究上亦颇具规模。
[0005]我国的机器人研究已在机器人感觉识别技术、操作移动技术人机接口技术系统化技术等方面取得了可喜的成就，但这些成果主要应用于工业装配、焊接、喷涂、搬运、探伤、水下作业、过程测量等方面，而适用于在有毒有害，尤其是在火场等恶劣环境中进行特殊作业的消防机器人的研究尚属起步阶段。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是制作一个可以自主寻找火源并进行灭火的机器人。
[0007]本发明的目的是这样实现的:
[0008]本专利主要包括了:1、电源模块2、控制模块3超声波检测模块4、红外识别模块5、电机驱动模块6、灭火模块
[0009]它的工作原理是这样的:
[0010]将电源模块与控制模块相结合，使控制模块可以正常接收处理外界的有效的信息。当检测火焰的模块制作好之后开始调试程序，使系统可以识别火源的精准位置。当火源位置被确定后控制步进驱动模块使小车能够走到火源附近，并且中间过程中可以成功避开各种路上的障碍物。最后找到火源并用自身的灭火模块将其吹灭。要使自己小车可以寻找到正确的路径返回到车库。
[0011]它的工作动作过程是这样的:
[0012]本设计中选用51单片机中的，作为系统的控制主机。51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域。STC89C52单片机是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个IO 口，2个16位可编程定时计数器，2个中断口，且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。
[0013]设计中，用来检测火源的传感器，选择常用的反射式红外对管。反射式红外对管的发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作，其电路简单，价格便宜，同时能够满足检测火源的要求。
[0014]检测到火源之后，灭火部分选用L298N驱动电机带动风扇，L298N简单方便，易于控制，且有足够的驱动能力来驱动风扇电机。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)，和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。其额定工作电流为1A，最大可达
1.5A，Voss电压最小4.5V，最大可达36V ；Vs电压最大值也是36V，经过实验，Vs电压应该比Voss电压高，否则有时会出现失控现象。
[0015]为了能够实现避障功能，势必要在机器人前部安置能够测距的传感器，当小于某个安全距离时，由单片机发出信号，控制小车前轮舵机转向绕行。由于超声波为直线传播方式，频率高，反射能力强，容易控制，受环境影响小，所以本设计中采用超声波测距。
[0016]本发明的有益效果是:
[0017]减轻人工劳动强度，提高工作效率。
[0018]实现较高程度的自动化。
[0019]可以防止人为的加入，避免了将人放置在危险的环境中。
[0020]该灭火机器人具有一定的观赏性与趣味性可以应该在日常的生活中作为孩子的玩具等。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的结构框图
[0022]图2是L298的电机驱动电路图。
[0023]图3是该发明的超声波原理图。
【具体实施方式】
[0024]如图1所示为系统的系统结构框图。制作单片机系统板，这是整个智能系统的核心部分，它对传感信号的采集、处理、分析及对各部分整体调整。主要是组成是:单片机STC89C52、小车驱动系统芯片L298N。
[0025]制作超声波测距系统的PCB板，包括发射模块和接收模块，发射模块接收单片机发出的脉冲信号从而激发超声波。
[0026]图2所示为运动部分的电路设计。灭火机器人首先要能动，这是避障和发现火源的基础。由于51单片机的输出信号无法直接驱动电机，所以需要加驱动芯片。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)，和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。见的舵机厂家有日本的Futaba、JR、SANWA等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等
[7]。本设计使用的是SANWA.电路连接比较简单，控制线直接接单片机，电源线分别接Vcc和 Gnd。
[0027]障碍物探测电路设计。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息。用超声波传感器进行避障。电路图如图3所示。超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量
[10]。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如:距离、液位、井深、管道长度、流速等场合[11]。利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
[0028]灭火部分是体现灭火机器人功能的关键功能，此部分硬件电路主要包括风扇驱动电路、火源检测模块和舵机转向电路。火焰检测有温度传感器、烟雾传感器、红外传感器、紫外传感器以及CCD图像传感器。用远红外传感器。远红外火焰传感器能够探测到波长在700纳米?1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时，其灵敏度达到最大。火源检测传感器分别指向不同的方向，因此，必须有一个控制风扇转向的舵机，来调整风向进行有效灭火。舵机的工作原理与特性前面已经介绍。此处选择的舵机与前轮转向舵机一样，不再详述。
【权利要求】
1.一种自主寻火源式灭火机器人，系统硬件主要由51单片机模块、前轮转向舵机控制电路、后轮直流电机驱动电路、障碍物探测电路、检测火源模块、风扇灭火电路和电源模块组成。
2.根据权利要求1所述的灭火机器人，其特征是:灭火机器人启动后，超声波测距模块开始工作，如果检测到障碍物，机器人就会在单片机的控制下转向避障。当火源检测模块检测到火源时，单片机控制机器人停止，并根据火源的方向，调整灭火风扇的转向，启动风扇灭火。灭火完毕后，关掉风扇。
【文档编号】A62C27/00GK103861224SQ201210525500
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月8日 优先权日:2012年12月8日
【发明者】李德会, 张玲 申请人:哈尔滨龙驰科技发展有限公司