智能灭火机器人自动避障和火焰搜索的设计方案

1、智能灭火机器人自动避障和火焰搜索的设计方案摘 要智能灭火机器人在实际中的工作需要系统的合 作，本文主要对智能灭火机器人的火焰搜索和自动避障进行 了分析，分析的角度从软件和硬件两个方面入手。本文对智 能灭火机器人两个系统的分析采用了实例分析的方法进行， 通过实验表明火焰搜索系统以及自动避障系统都能够很好 的实现系统功能。【关键词】智能灭火机器人 自动避障 火焰搜索 设计 方案微电子与人工智能技术的发展让我们的生活发生了很 大的改变，尤其是智能机器人的出现更是大大提高了生产 力，代替了人类进行很多人类难以完成的工作。灭火智能机 器人一直是人们讨论的话题，如果灭火机器人能够顺利完 成，那么灭火作业就

2、可以用机器人代替消防队员进行作业。 本文的研究主要从软件和硬件两个方面入手并进行了相关 的实验进行验证，通过验证证明了灭火智能机器人问世的可 能性。1 灭火智能机器人系统设计分析 智能灭火机器人运用四驱小车主体结构，通过转动四个 轮子控制速度，进而对小车前进速度与后退速度进行控制。将红外避障传感器安装在车体中间，一旦距离墙壁较近，就 能及时转弯， 避免撞墙， 充分发挥灭火机器人的防撞墙作用。 同时，将舵机控制的机械手臂、超声波模块安装在车身上， 一旦有障碍物，可使用机械手臂将障碍物清除，在小车前方 装有火焰传感器，能实现多角度、全方面的寻找火焰信号， 并将信号传送给控制模块，由控制模块对机器人

3、的动作进行 控制，在达到火源边缘后，传感器把信号传输给控制模块， 并将灭火程序启动，小车使用一系列灭火方式，在最短的时 间内完成灭火任务。同时还要在机器人身上安装一个全方位 的摄像头，这样就可以将现场的实际情况马上进行传输，通 过使用 NRF2401 无线模块让智能灭火机器人实现远程控制， 让远离火灾现场的技术人员可以通过远程控制对智能灭火 机器人进行控制。2 智能灭火机器人的系统硬件介绍2.1 控制模块功能 智能灭火机器人系统硬件中的控制模块主要由电源模 块、风扇模块、直流电机驱动模块、传感器模块、 STM32F411RE 等具体的模块构成， 具体框架如图 1。在智能 灭火机器人上安装的传感

4、器要求有采集环境信息的功能，因 此对传感器的要求较高，故本设计在进行传感器选择的时候 也充分考虑到了这一点，因此选用性能较好的 STM32F411RE 芯片。 STM32F411RE 芯片的 CPU 频率最高 可以达到 84MHz ，主要优点包括实时性强、可靠性高、 功耗 低、速度快等。2.2 电机驱动模块功能灭火机器人车身电机使用 L298N 芯片驱动， 在控制模块 下，输出四路 PWM 信号驱动 L298N ，并改变 PWM 脉冲占 空比，对车轮转速进行调节，控制机器人的前进和后退。2.3 无线模块功能通过 NRF24L01 无线模块，可对灭火机器人实现远程操 控。 NRF24L01 无线

5、模块与 SPI 和外部 MCU 通信，最高工 作效率可达 2Mbps ，其抗干扰能力 ?、可选频道多，满足调 频与多点通信实际需要。同时，还能设置自动应答，保证稳 定传输数据。2.4 红外测距传感器功能 红外测距传感器一般用在障碍物检测，避免灭火机器人 撞到墙面。本文中的设计运用光电式红外传感器 E18-D80NK ，此红外测距传感器是一种数字式传感器，集红 外发射模块与红外接收模块于一身，4cm85cm范围为有效检测范围。2.5 火焰传感器功能 火焰传感器是一种模拟传感器，能够将已经检测的热源 信号转变成机器人可有效识别的信号，具有信号输出指示作 用。800纳米-1100 纳米范围内的热源，

6、 火焰传感器都能检测 到。其中在红外波长在 1000 纳米附近时，其灵敏度会很大， 约有 60 度的探测角，正好符合检测火焰的指标。机械臂由 两个舵机控制， 在两个舵机作用下， 可实现准确抓取障碍物， 进而为机器然准确行走、障碍物清除奠定基础。2.6 电源模块功能在开关电源作用下， 为系统提供出 12V 电压， 以达到最 小系统板块要求。在远程控制过程中，系统利用锂电池充电 运行，确保能够远程控制灭火机器人。同时，电源模块可利 用太阳能电池板方式，确保能够使灭火机器人自动执行充电 功能。2.7 摄像头模块功能摄像头模块利用 Wi-Fi 摄像头，由灭火机器人电源模块 负责供电，在连接网络的状况下

7、，实现灭火机器人和计算机 主控端实时通信，在计算机主控端界面上就能够看到灭火机 器人的情况，即实现远程观看摄像头记录的图像，并利用手 持控制器，对灭火机器人远程控制。3 软件的设计部分以及系统测试 智能灭火机器人的软件部分设计分为若干个模块进行 的整体设计。智能灭火机器人的开机模块使用的是自动启动 程序，启动完成之后要用手动按键的方式选择是否需要进入 无线模式，无线模式下按键就可以控制智能灭火机器人的走 动比如：右转控制、左转控制、后退控制、前进控制等，如果在前进的过程中遇到障碍物可以通过操作将障碍物夹起 进行道路清理。自动模式下智能灭火机器人会自动判定自身 周围是否有火源出现，如果没有火源机

8、器人就会自动前进去 寻找火源，在这个过程中如果遇到障碍物就会自动进行清 理，然后继续寻找火源，直到找到火源之后机器人会选择喷 水、风扇灭火等方式进行灭火。软件设计和硬件设计全部完 成之后就要进行整体的系统测试。测试时首先需要验证的就 是无限模式能否正常运行，测试时通过控制端对机器人进行 后退、前进、清除障碍物、灭火等实际行动的控制。其次是 自动模式的测试，自动模式的测试比较简单，只要直接开启 即可，通过测试验证了智能灭火机器人的各个系统，能够较 好的完成预定的任务。4 总结本文对于智能灭火机器人的探讨是在 STM32F411RE 控 制器的基础上进行的，并具体从软件和硬件两个方面进行了 详细的介绍，通过实验的方式对火焰搜索系统和自动避障系 统都进行了验证，通过验证得到了可以完成智能灭火机器人 的结论，智能灭火机器人的应用势必会引起广大的关注，成 功引入到消防领域后会解决很多以前难以解决的难题。参考文献1 龙桂铃 .基于单片机的智能车避障的实现 J. 计算机与数字工程， 2011（ 0