基于STM32的智能灭火安防巡检机器人设计

第1章绪论1.1课题研究背景火灾在日常生活中是非常普遍存在的，随着经济的迅速增长，各种危险场所不可避免的火灾频繁出现，严重影响人类生活环境的安全。本课题设计的基于STM32单片机的智能灭火安防巡检机器人，就是基于实际灭火的应用场景，通过机器人自己发现火源，判断火源，并作出对应的灭火动作，达到智能灭火的目的。由于人们的防火意识比较差，生活中火灾频发，人们急切地希望用机械来代替人类来完成救火的工作。在未来智能化、机械化的社会中，特别是在安防巡检事业中，一款好的智能灭火安防巡检机器人可以起到事半功倍的作用，应用前景十分光明。随着我国社会经济的快速发展，以及工程建设、事故的危险性与日俱增。假如不能保证自己的生命安全的情况下，就冒冒失失地进入了火场，这将会导致他们无法完成自己的工作，甚至会导致他们的生命财产的损失。这一点，消防员们已经有过很多次了。为更好的处理消防问题，配置智能化的消防巡逻机器人是非常必要的。消防员将要面临的火情和紧急情况下的救护工作是非常困难。也为了保护广大官兵们的生命安全，装备智能灭火安防巡检机器人已经成为了必然。所以常规消防灭火手段面临严峻挑战，机器人化替代势在必行。这种机器人作为一种替代人力进行救火任务的新技术，具有非常重要的意义。它可以在安防巡检事业中发挥事半功倍的作用，提高巡检效率，减轻消防员的工作压力，在重大安全事件中发挥出重要的作用。随着我国社会经济的不断发展，工程建设和各类事故的危险性也在不断增加。因此，在消防事务中，必须配备智能化的消防巡逻机器人，以提高消防员处理火灾和救援工作的效率。消防员在面对火情和紧急情况时需要承受极大的压力，而装备智能灭火安防巡检机器人可以有效减轻他们的工作负担，提高安全救援工作的效率。最后，智能灭火安防巡检机器人的应用已不仅仅局限于消防领域，还可以广泛应用于其他领域的安保工作中，如工厂、仓库、商场、公共场所等。通过智能化技术的不断创新，可以更好地保障人们的生命和财产安全REF_Ref19064\r\h[3]。图1.1火灾事故图1.2课题研究目的及意义智能灭火安防巡检机器人有更高级的人工智能，能够感知、识别、理解和判断，并通过对体验和知识进行归纳来提高自己的智力。基于MCU（MicroControllerUnit）的智能灭火机器人小车是一种智能机器人，它是以实际灭火应用场景为基础设计研发的。该机器人能够发现火源、判断火源情况并做出相应的灭火动作，以实现灭火的目标。智能灭火机器人的重要性有以下几点：首先，相比传统的人工灭火，智能灭火机器人的优势在于省时省力，可以远程操纵和智能灭火，大大降低了人类的劳动负担。其次，智能灭火机器人能够保障生命安全。传统的救火方式都是由消防队员完成，但火场中存在很多危险的情况。如果消防队员被困在火场中，那么他们的生命安全就会受到威胁。而使用机器人进行智能消防，则是解决这个问题的最佳选择。最后，智能灭火机器人的应用推动了整个社会消防技术水平的提高。通过使用先进的电子技术，设计出来的机器人灭火小车具有许多自动化的功能，例如自动判定、全自动灭火和自动避障等。与传统工业的现状相比，机器人小车的应用将会极大地提高工业的技术瓶颈。智能灭火安防巡检机器人按照流量大小区分有小型、中型、大型；灭火侦查机器人还分为中倍数泡沫和高倍数泡沫的。根据实际的应用需求与应用场景的不同，机器人向功能专用化发展，功能越来越专一，越来越强大。同时，也会根据不同领域的需求，开发不同结构与功能的机器人，例如：用于海工作业的水下机器人、煤矿领域的矿用轨道巡检机器人等。1.3国内外研究现状在20世纪以来，机器人行业领域分为三个部分，第一部分为程序控制，主要是远程控制；第二部分为功能，通过传感器之间的配合来实现更多功能；第三部分为智能化，通过人机结合的目的进而向智能化的方向发展。国外在机器人领域的科研比国内要提前一些，有着比较显著成果的国家有美国、日本、德国、俄罗斯等。据国际新闻报道，这些国家对于智能机器人的研究是结合二代智能机器人和三代低级智能机器人为基础，并往第三代高级智能机器人的方向大力发展。日本的科技也是排在世界前列，在上世纪80年代研制出的“彩虹5号”消防机器人，属于第一代智能化控制机器人，成为当时火灾抢险行动中得力的一员，后来又在国际机器人与自动化大会上发表了一部管状机器人，连接上消防车或者消防栓之后会自动寻找火源并喷射高压水柱，替代啦消防员抱着水带进入火场，极大的保障啦消防人员的生命安全。意大利新一代的机器人为啦提高移动能力，使用铝镁合金和钛等材料制作，重量变得更轻，移动速度也变得很快，自身的平衡性能达到最好，消防人员可以无线远程遥控控制机器人进入火场，然后根据机器人在火场获得的信息进行信号反馈，以此来让消防人员对火情进行分析，并根据现场情况作出最佳灭火方案。2019年巴黎圣母院发生火灾，由于内部建筑结构复杂，无法从内部进行抢救，由于火灾的继续蔓延，大教堂的顶尖开始出现倒塌的迹象，于是巴黎消防队使用一台名字叫做“巨人”的智能移动灭火机器人，进入火场内部后开始持续不断的发射高压水枪，经过短时间利用大量的水来灭火，火情逐渐得到了控制，该机器人防水，高温耐热，检测空气中除烟雾外是否还有其他化学有害物质，还携带先进的温度计，随时把火场信息传输给火场外的消防员，续航可以达到八小时。可以使消防员不用携带大量的装备进入火场，极大的减轻啦消防人员的负担。美国海军科研部展示啦一台名为SAFFiR的智能消防灭火机器人，也可以叫舰载消防机器人，配备无人机进行火焰定位，采用热成像技术识别过热的机器，也可以用灭火剂灭掉甲板上面的火焰，通过红外视觉和激光探测可以透过烟雾进行观察并收集信息进行反馈，还可以自动操纵消防水管进行灭火。智能灭火安防巡检机器人是一种特殊类型的机器人，是一种小型机器人，可以通过程序设计来实现某一特殊任务。与一般意义上的机器人比较，这款智能灭火安防巡检机器人价格便宜，它具有非常大的学术价值。随着工业机器人向成熟方向发展，多功能专用机器人向多功能方向发展，机器人技术将迎来一个美好的未来。现在的世界，无时无刻不在发生着意外，比如：大火、坍塌、洪水等等。有的人能处理，有的人则束手无策。这就是机器人的作用。它能到达人所不能到达之处，能做到人所不能做到之事，并减少伤害与损失。现在，随着科技的快速发展，国内外对小型智能系统的应用越来越广泛，种类也越来越多。

第2章功能介绍2.1组成部分图2.1模块组成图完成数据采集和数据分析计算，并发送控制命令。包括按钮、指示灯以及蓝牙应用程序的人机互动装置。按下按钮，可提供丰富，直观，友好的信息接口;数据采集模块完成了对火源数据信息的采集。并处理接收到的数字信号，通过按钮来启动救火机器人。2.2功能模块自动寻迹模块：是一种通过识别传感器感应到的黑线、白线以及其他颜色的路面信息，从而使机器人智能寻路的设备。自动寻迹模块通常由线性光电传感器、运放电路、微控制器等组成。当机器人沿着黑线或白线行驶时，光电传感器会感应到路面的颜色变化，然后经由运放电路将传感器信号放大，再通过微控制器进行分析和处理。通过对路面颜色信号的处理和分析，自动寻迹模块就可以让机器人智能地沿着黑线或白线行驶。自动寻迹模块通常被应用于智能小车、智能机器人、自动扫地机等领域。它可以大幅提升设备的自主性和灵活度，无需人工干涉即可实现设备自动寻路的功能。（2）火焰传感模块：是一种用于检测火焰和热源的电子元件。它通常由红外线接收器、比较器和灵敏度调节电路等组成。它通常被广泛应用于火灾检测、家庭安防等领域。（3）超声测距模块：采用超声技术对目标进行测距。该系统是一种用来对目标进行测距的传感装置，其工作原理是将特定频率的超声讯号发射出去，再将其接收到的回波讯号，实现对目标的测距。超声信号在空气中快速传播和极低的折射率，因此可以被广泛应用于测量物体距离的领域。超声波测距模块通常可以通过调节发射频率、发射角度、接收器灵敏度等参数，来适应不同的测距场景。超声波测距模块通常被应用于机器人导航、智能停车、安防监控等领域，具有测量范围广、精度高、响应速度快等。（4）烟雾传感器模块：MQ-2传感器对可燃气、烟雾等气体具有很高的灵敏度，在MQ-2的烟雾传感器模块中，经过电路设计，它提供了两种输出方式：数字量输出：用板载电位器来设置浓度阈值，当检测到周围气体浓度超过阈值时，它就会通过数字管脚DO输出低电平。模拟输出：当浓度较高时，AO管脚的输出电压较高；MQ系列传感器采用的是一种具有高度反应活性的金属氧化物半导体REF_Ref4521\r\h[9]，当其受热时，其导电性能随气体浓度的变化而变化。电导的改变可以通过一个简单的电路被转化为相应于这种气体浓度的信号。（5）电机驱动模块：马达的驱动模组一般为晶体管、晶闸管（晶闸管）、IGBT等，当然，在微特马达中，亦使用整合模组。驱动电路的基本作用就是将信息电子电路发出的信号根据其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开启或关断的信号。对于半控型器件，只需要提供一种开启控制信号，而对于全控型器件，则需要同时提供一种开启控制信号和一种关断控制信号，以确保器件能够按照需要可靠地进行导通或关断REF_Ref4603\r\h[8]。（６）蓝牙模块：低功耗蓝牙的发展，给我们的生活提供更多的可能性，从智能家居到医疗电子，如今已经成为物联网中不可缺少的一部分。这样低功耗，低延迟，续航时间长的蓝牙对于传感器来说是不二选择。（7）灭火模块：灭火模块由继电器模块、水泵和两节3.7V电池构成，水泵装置可以添加泡沫，干粉等灭火剂。（8）电源模块：采用3.7V型号14500锂电池，体积小，价格实惠，可代替一般五号电池使用率较高。

第3章硬件电路设计3.1单片机最小系统设计MCU最小化系统为整体的设计，STM32MCU是该系统中最核心的一部分。通常用来实现对传感器进行输入探测，并驱动LCD等输出。此外，该单片机还具有极低功耗操作的功能，可以通过对机器人进行编程，使其在相对较低的频率下进行操作，降低了系统的功耗；如果没有任务，则会进入闲置状态，如果找到了任务，则会被叫醒。当有外界的干扰被触发时，系统会自动将干扰还原，重新启动MCU的工作。图3.1TM32F103C8T6原理图3.2超声波避障电路设计在该系统的设计中，采用了两个输入输出端口，分别与超声波模块的TRIG,ECHO接口相连，其中一个输入输出端口负责发送检测信号，另外一个输入端口负责接收回送的信号，并通过时间差异以及声波在空中的传播速率来计算距离。图3.2超声波模块原理图3.3电源电路设计电源输入是7.2伏锂电池接口，需要采用7805芯片来稳住电压，输出是5伏的电压，使用470UF的电解电容器来产生更好的稳定性。图3.3电源电路原理图3.4电机调速电路设计在该系统中，6路输入输出端口被用来连接293芯片的控制端。其中，P10P11与一对293芯片启动控制器连接P11P12P13P14P15通过连接293芯片的PWM1PWM2PWM3PWM4来控制电机的转速和转向。图3.4电机驱动模块原理图3.5火焰传感器设计火焰传感器是一种用途很广的元件，其工作原理为：当发射管内的光照射到受光管上时，受光管就会被导通，反之关断。火警感应器与MCU的接口电路如下所示：图3.5火焰传感模块原理图3.6蓝牙模块HC05蓝牙模块的特性参数如下：（1）支持蓝牙SPP串口协议（2）内置PCB天线（3）支持UART接口（4）蓝牙Class2（5）数据传输比BLE蓝牙快、可达到8K每秒以上的速率（6）支持与SPP主蓝牙模块连接通信（JDY-30为从SPP蓝牙模块）（7）支持与电脑SPP蓝牙通信（8）支持Android手机SPP通信图3.6蓝牙模块原理图3.7烟雾传感器模块1.尺寸:32mmX22mmX27mm长X宽X高2.主要芯片:LM393、ZYMQ-2气体传感器3.工作电压：直流5伏图3.7烟雾传感模块原理图3.8循迹模块(1)工作电压5V-33V(2)模块上的电位器是用来调节灵敏度的(3)检测反射距离:1mm-25mm适用(4)输出形式:数字开关量输出(0和1)(5)设有固定螺栓孔，方便安装(6)小板PCB尺寸:3.2cmx1.4cm(7)使用宽电压LM393比较器图3.8循迹模块原理图3.9灭火模块灭火模块采用1路5V继电器模块来控制水泵，模块接口:(1)DC+：接电源正极（电压按继电器要求，有5V、9V、12V和24V选择）(2)DC-：接电源负极(3)IN：可以高或低电平控制继电器吸合图3.9灭火模块原理图

第4章系统软件设计4.1系统主程序设计该系统以普通STM32单片机为主控芯片，启动后，先对全部参数进行初始化，再进入一个死循环，在这个循环里，系统会以预定的速度控制着救火车向前移动，同时通过超声波避障模块，遇到障碍物则自动避开障碍物，发现火源则控制机器人自动靠近、启动水泵开始灭火。灭火机器人主流程图如下：图4.1系统主程序流程图4.2超声波避障子程序设计超声波的测距，当输入超过十微米的脉冲时，本模块会在内部产生8个40千赫的循环，并产生回声。当回波信号被探测到时，回波信号被输出。回波讯号之脉宽，正比于被测量之距离。从发出信号到收到回波信号之间的间隔，就可以计算出距离。具体程序流程如下：图4.2超声波避障子程序流程图4.3电源模块子程序设计在锂电池供电系统中，有三部分电路:1.锂电池充电电路，锂电池的充电要求较高，需要采用专用的恒压恒流充电器进行充电；2.锂电池保护电路，保护电路为锂电池提供过充电、过放电、短路过流、过温保护；3.锂电池输出电路，3.7V电池充满电后为4.2V，放电平台电压为3.7V，对于嵌入式系统或其他负载电路来说，需要将3.7V电压升降压为5V、3.3V等电压才能使用。图4.3电源子程序流程图4.4电机调速子程序设计电机控制子程序设计为循环程序，其方法是：设定初始速度值，将这个初始值与测速电路送来的值相比较，得出一个误差值，再用PI算法输出控制系数给PWM发生电路改变波形的占空比，进而对电机的转速进行控制。下面的图表显示了其工作流程。主程序是一个循环程序，其基本思路是：由单片机P1口生数据送到PWM信号产生电路，再用PI算法输出控制系数给PWM发生电路改变波形的占空比，来控制电机的转速，软件组成由1个主程序、1个中断子程序和1个PI控制算法子程序组成。图4.4PWM脉宽调制流程图4.5火焰传感子程序设计（1）检测波长范围为760nm-1100nm（2）检测角度60°检测到火源信号时，其蓝色指示灯将亮起。可应用于消防机器人，火焰报警等安全监控项目。图4.5火焰传感子程序流程图4.6蓝牙模块子程序设计由图可知，蓝牙模组和MCU之间的通讯方式仍为串行通讯方式。将蓝牙模块RXD与MCUTXD终端相连；将蓝牙模块中的TXD和MCU中的RXD相联接，使其能够根据蓝牙标准的通讯协议来传送数据。系统中串口的通信速率是9600。图4.6蓝牙模块子程序流程图4.7烟雾传感子程序设计特点:（1）具有信号输出指示（2）双路信号输出(模拟量输出及TTL电平输出）（3）TTL输出有效信号为低电平。(当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机)（4）模拟量输出0-5V电压，浓度越高电压越高（5）对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度（6）具有长期的使用寿命和可靠的稳定性（7）快速的响应恢复特性图4.7烟雾传感子程序流程图4.8自动循迹子程序设计TCRT5000由红外发射和接收器组成，通过不断的发射和接收红外线来进行循迹。循迹模块的4个管脚分别是VCC、GND、AO、DO。AO是模拟信号输出，DO是TTL电平输出。程序流程如下：图4.8自动循迹子程序流程图4.9灭火控制子程序设计在该系统中，在灭火机器人的左侧和右侧各安装了一个火焰传感器。如果灭火机器人左边的感应器检测到火源，灭火机器人就会向右转弯，并知道左右两个感应器检测到热源，随后输出信号给灭火模块，启动灭火程序开始灭火。程序流程图如下图4-3所示。图4.9灭火控制子流程图

第5章系统调试5.1硬件调试使用工具：这次调试所用的工具不仅包括数字显示电源、多功能万用表、示波器等基本仪器，还包括各种特殊仪器，如频谱分析仪、信号源等。在准备调试之前，需要对这些仪器进行详细的检查和维护，以确保它们的精度和可靠性。调试前核验：调试前的核验非常重要，要仔细检查被调试电路的连接是否符合参照电路设计要求，同时还要检查电路中是否存在虚焊、脱焊、漏焊等情况，以避免调试过程中出现不必要的麻烦。此外，还需要对电路中的元器件进行核验，确保它们的质量和功能完好。另外，还要仔细检查被调试设备面板上的各个元器件是否都安装在指定位置，功能开关是否正常，量程挡位是否正确等。只有在确认所有问题都得到了妥善解决，才能按照试车作业规程进行试车。在试车过程中，仍然需要对电路和仪器进行监控和记录，随时发现问题并及时解决。通过认真细致的调试和试车工作，才能确保被调试设备的正常运行和性能优越。图5.1PCB板调试图为待调试的电路做好准备，这是几个特定步骤：（1）连线是否正确 检查线路的接线，如错线，少线，多线等。按电路接线，按电路接线，按一定的次序一个接一个地进行接线检查。这样，更容易找出错误的线条和不足的线条。（2）元、器件安装情况 因为元件数目较多，需要用万用表来检查二极管、器件引脚间有无短路，在连接处是否接触不好，二极管、三极管、集成电路和电解电容极性等具有极性的东西连接不正确。（3）电源供电，信号源接线不正确，一旦上电电位为相反，就很容易烧坏芯片，要检查直流极性，信号线是否连接正确。通电前，用万用表看是否有短路，并切断一根电源线。直流稳压电源，且其他方面也都没有问题的话，就可转入调试。（4）HC05蓝牙模块收发测试与调式在本次设计中，我在调试HC05蓝牙模块通讯时，碰到了许多困难，其中最突出的就是HC05和MCU之间的信号交换。一开始的时候，匹配就失败了。经过一段时间的调查，才知道是由于MC05系统和HCU系统出现问题。将单片机的GND和蓝牙模组的GND连接在一起，就可以啦。HC05蓝牙能否顺利收发，首先是模块的TXD、RXD两根线与单片机的RXD、TXD两根线要正确连接。请务必进行交叉连接，以便收发工作可以顺利完成。图5.1.1蓝牙模块调试图5.2软件调试1.输出调试法：在程序中输出一些关键信息，用以验证程序的正确性。2.断点调试法：在程序中设定了一个断点，在程序运行到断点时停止，方便了对程序当前状态和可变参数的观测。可以手动在代码行上设置断点，或者使用IDE自动断点功能。3.追踪调试法：通过追踪程序执行时的变量变化、函数调用、代码执行过程等，来找到程序中的错误。比如可以使用调试工具的单步执行功能，一步一步地观察程序的执行情况。4.记日志调试法：使用日志系统记录程序运行过程中的关键信息，以便在需要时查看。可以在程序中使用日志库来记录变量值、函数调用、错误信息等。5.分支调试法：在程序中加入一些特定的分支条件，当程序执行到这些条件时会执行特定的代码，便于在特定场景下观察程序状态。比如可以在程序中加入一个特定的变量，当该变量满足特定条件时，执行特定代码。在输出窗口的Build页上会显示编译信息，如果程序中有语法错误，则提示错误信息，点击这一行，可以找到错误的地方，并进行修改，得到图示结果，通过这一点，我们可以得到一个名为exam1.hex的文件，这个文件可以由编程器读取和写入到芯片中，并且生成了一些其他的有关文件，可以用来进行Keil的仿真和调试REF_Ref17541\r\h[11]。当成功地将项目组装好，连接好后，点击Ctrl+F5，或通过菜单->开始/停止调试会话，Keil软件内部修建了一个仿真的CPU，可以模拟进行程序。这个仿真CPU功能强大，无需硬件和仿真机，就可以进行调试REF_Ref4179\r\h[5]。下面展示这个模拟调试功能，它和现实中的的硬件在执行过程时会有很多不一样的地方，最显著的地方就是时序，在模拟过程中，无法实现和真正的硬件一样的时序，具体的体现就是，程序执行的速度与每个人所使用的电脑有一定的关系，电脑的性能越好，它的运行速度也就越快。图5.2软件调试图keil与protues的联合仿真调试图5.2.1联合仿真调试图实物图图5.2.2实物图通过分析硬件电路，使用AltiumDesigner软件制作出调试电路板，再进行各个模块的硬件测试，避免在软件测试过程中硬件设备出现故障问题。软件调试采用Proteus进行程序的仿真运行，对每个模块单独进行程序测试，检测出容易出现问题的程序并进行修改，使接下来的联合仿真测试过程变得更加容易，要时时刻刻保证程序和硬件电路不出问题。全部调试好之后，在模块设置规定的检测范围内进行功能测试，烟雾传感模块与火焰传感模块是主要的功能，在检测到火源信号和有害气体后，会第一时间及时的启动灭火装置。总结和展望6.1总结在大学期间，学习到的大部分是理论知识，动手实践的机会并不是很多，通过这次毕业设计，在理论知识的基础上来完成实践，为了完成毕业设计，我用大量的时间来查阅有关消防知识、安全防护知识、单片机的应用、智能化机器人的发展历程以及专业知识等内容，不仅提高啦自己的知识储存量，还锻炼啦自己的意志力和抗压能力。在进行设计并多次调试后，在整个试验过程中，对高精度的火焰传感器是难度最大的一个环节，通过接受端的实时显示，能够直观的显示小车的状态。购件，模型，焊接，组装，最初，因为车身太小，安装抽水泵后，重心不稳，但是硬件没出现问题，小车的电机模块一开始总出现两个电机差速过大的问题，导致两个车轮的转速不同，无法行走直线。后来请教老师之后才知道自己买的两个电机型号不一样，在更换电机之后便再也没有出现此类问题。在烟雾传感模块的接线过程中，由于所使用的线太软，所以在机器人进行安防巡检任务时产生的震动把接线处焊接的部分给震断掉，然后我不得不又重新焊接起来，并用热胶枪把焊接处粘起来，避免再次出现意外。在电源部分，刚开始使用的是两节锂电池，这导致智能灭火安防巡检机器人在工作途中出现电量不足的情况，因为继电器模块和水泵是主要功能的来源，需要大量的供电，所以我给灭火模块又专门配置啦两块锂电池，续航问题就解决啦。在研究设计的历程中，不仅查阅了大量的相关知识和资料，还积极的与同学们进行沟通，同时还向老师询问问题，收获啦到了很多有用的知识。具体总结：（1）电路板焊接系统稳定的关键以往对于电路板的焊接并没有太多的关注，认为只需要把电路接通就行了，但是对于这次的毕业设计这种综合性的问题来说，电路焊接的不稳定性将会对最终结果的呈现和调试的进度产生很大的影响我在刚开始对机器进行了较为随便的焊接，到后来由于时间太紧，最后还得再焊接一个新的主板来实现所有的功能。（2）供电之前一定要先检测导通因为缺乏这方面的经验，我在一开始把电路板焊好之后，就把电路板接上了。最后发现，这条线路竟然是短路的，而且还烧到了MCU芯片。若是找不到理由。所以，在电路板焊完之后，要及时地对其进行开度测试，养成一个好的习惯是很重要的。6.2展望随着工厂的大量建设，火灾事故经常发生，我国逐渐开始大量投入消防机器人作为代替消防员进入危险复杂环境的特殊装备，市场规模在2021年达到16.28亿元，预计到2024年将增长到32.9亿元。目前在经济发达地区配备较好，一般6到8台智能灭火机器人，主要以进口为主，随着2018年对消防的全面改革，可见国内对消防事业的重视程度逐日剧增，对人民生命财产安全提供啦充足的保护力量，预计未来国产消防装备会逐步替代进口装备。预期的灭火机器人应该具有灭火、排烟、侦测、巡检、危险处置、应急救援、预警和通信的功能。环境适应性技术底盘机构设计与优化环境适应性技术首要就是底盘技术，一个好的底盘要求底层机构应具有承载力高、稳定性好、机动性强、越障能力强、具备避障能力。轮式越障能力有限，在攀爬中会遇到多种问题，目前主要是研究履带式越障。防护性大致上是指防水防尘，一般要求达到IP67的等级REF_Ref4179\r\h[5]。视觉感知采用多相机、多光谱的方式，同时也会采用一些算法通过强大的控制系统或处理器来进行测量，便于在“消”和“防”的过程中达到更精确的感知。感知技术作为火情探测的核心技术，是大空间环境下初期火灾快速识别的技术，它的技术构成大致可分为四个步骤：目标捕获、噪声消除、特征提取、目标识别和结果输出。定位技术有多种，包括里程计、北斗、GPS等等，网格定位技术，主要是使用在空间体量不大、多机器人的情况下实现多源感知和同步定位。作业载荷包含安全巡检与灾情侦测作业载荷，模块化现场灵巧处置作业载荷，基于液氮复合介质灭火作业载荷等。液氮灭火可以实现快速降温，快速隔离空气的目的，减少了用水量的使用。消防排烟机器人组成部分包括排烟风机、喷雾系统、控制系统、液压系统、行走底盘等REF_Ref4603\r\h[8]。人机交互技术已经成为消防机器人技术组成中的重要部分，其中基于行为的功能和组合的功能在之后会发挥越来越重要的作用。智能灭火机器人逐渐被国家重视，并将之列入863高科技计划研究发展项目，在中国制造2025国家政策中，提到要着重发展高智能灭火机器设备，鼓励企业进行技术以及产业方面的创新。2030年全球机器人市场规模将从1700亿元扩大到2700亿元，仍有1200亿元的发展空间，在新政策的扶持下，我国智能灭火机器人行业得到快速的发展，也吸引国内大量企业纷纷加入到消防灭火机器人的研发当中去，市场潜力巨大，为了不断实现技术创新，我国将继续秉承科技创新的发展理念，从研发到生产重重把关，随时根据市场的变动趋势进行创新研究，力求推出顺应市场需求的的高标准智能化灭火机器人设备，加速机器人行业现代化智能化发展的趋势，保护国家生命财产安全贡献一部分微弱的力量。我相信随着信息化技术的快速发展,国内外对于消防智能灭火机器人技术的研发与利用，在火灾抢险领域都发挥着毋庸置疑的作用。中国消防智能灭火机器人可以学习国外同行先进的技术与经验，从中得到可以长久发展与可靠的观念，要求不断创新，有大国理念，通过鲜明的特点体现出技术的可靠与稳定，注重装备的质量，搞好技术基础，使得在今后的发展当中可以有着更好的光明前景。参考文献张建亚智能巡检灭火机器人关键技术研究[D]西安建筑科技大学2022.DOl:10.27393/dcnkigxazu.2022.000912.付婷悬挂式轨道灭火机器人喷头机械结构设计及优化[D]沈阳理工大学2022.0l:10.27323/dcnkigsgyc.2022.000195.刘志勇.智能巡检灭火机器人的设计[D].大连工业大学,2017.俞凡.基于单片机的厂区智能循迹灭火车模型的设计和实现[D].安徽农业大学,2016.张佐权.竞赛用灭火机器人智能优化技术的研究与实现[D].电子科技大学,2012.刘征,鞠艳杰,唐雅茹,ZHONGGuotao.基于STM32的探灭一体化智能灭火机器人设计[J].自动化与仪器仪表,2023(01):207-211.DOI:10.14016/ki.1001-9227.2023.01.207.李瑞,刘琦,袁文正,潘强辉,戴慎超,陶卫军.新型智能消防灭火机器人设计及实现[J].南京理工大学学报,2022,46(05):553-560.DOI:10.14177/ki.32-1397n.2022.46.05.006.贾佳.基于多传感器的智能自主灭火机器人的设计[J].自动化与仪表,2020,35(12):35-39.DOI:10.19557/ki.1001-9944.2020.12.008.黄圆志.智能矿井灭火机器人行走机构设计及运动仿真[J].价值工程,2019,38(22):189-191.DOI:10.14018/13-1085/n.2019.22.073..智能消防灭火机器人亮相昆明消防展[J].消防界(电子版),2018,4(08):1.胡树坤,刘小虎.基于STM32的智能灭火机器人设计[J].新余学院学报,2017,22(05):152-156.盛彬,乔栋.基于单片机的用电报警系统在智能灭火机器人中的应用[J].通讯世界,2017(16):272-273.戴镇原,冯齐全,王愉博.关于智能灭火机器人系统优化设计的探讨[J].数字通信世界,2017(08):130+64.盛彬,乔栋.智能灭火机器人自动避障和火焰搜索的设计方案[J].电子技术与软件工程,2017(12):130-131.TemitayoO.Ejidokun,OlusegunO.Omitola,AzeezFiyinfoluwa,SamuelOnodjohwo,ChigozieOdoguwu,ChidozieOdoguwu.[J].JournalEuropéendesSystèmesAutomatisés,2022,55(3).ZhangShuo,YaoJiantao,WangRuochao,LiuZisheng,MaChenhao,WangYingbin,ZhaoYongsheng.[J].RoboticsandAutonomousSystems,2022,154.VemulapalliHarika,GudavalliMadhavi,AzaharahmedMohammed.[J].ElectrochemicalSocietyTransactions,2022,107(1).Lai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GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; USART_InitTypeDefUSART_InitStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=Bluetooth_RXD_Pin; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(Bluetooth_Port,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=Bluetooth_TXD_Pin; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(Bluetooth_Port,&GPIO_InitStructure); USART_InitStructure.USART_BaudRate=baud; USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; USART_Init(USART1,&USART_InitStructure); USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE); USART_Cmd(USART1,ENABLE); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}voidUSART1_IRQHandler(void)//串口1蓝牙接收{ uint8_tReceive_Data; if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET) { Receive_Data=USART_ReceiveData(USART1); if((Bluetooth_Buffer_Address&0x8000)==0)//接收未完成 { if((Bluetooth_Buffer_Address&0x4000)!=0)//接收到\r { if(Receive_Data!=0x0a)//如果不是\n，说明接收错误 Bluetooth_Buffer_Address=0;//清零重新开始接收 else Bluetooth_Buffer_Address|=0x8000;//最高位置1 } else//还未接收到\r { if(Receive_Data==0x0d)//如果接收到\r Bluetooth_Buffer_Address|=0x4000;//次高位置1 else//表示数据未接收完，将数据缓存到数组 { Bluetooth_Receive_Buffer[Bluetooth_Buffer_Address&0x3fff]=Receive_Data; Bluetooth_Buffer_Address++; } } } }}u8car_zhiling=0;u16sd_value=0;u32JL=0;intmain(){ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); RCC_Config();//时钟初始化 SystemInit();//初始化系统时钟为72MHZ KEY_Init(); TIM3_PWM_Init(); CGQ_Init(); LED_Init(); LED1=LED2=LED3=1; delay_init(); //延时函数初始化 hcsr04_NVIC(); Hcsr04Init(); Bluetooth_Config(9600);MH=0; while(1) { key_SMG(); if(xx==0)//停止状态 { SetMotorVoltageAndDirection(0,0); yy=0; LED1=LED2=LED3=1; zz=1;MH=0; } if(xx==1)//运行状态：更具传感器的状态判断循迹的工作 { LED1=0;//运行状态指示灯 JL=(uint32_t)Hcsr04GetLength(); if(JL>99)JL=99; JL=JL%100; //模式切换 if(yy==0)//模式1：自主灭火模式 { LED2=1;LED3=0; //灭火小车程序算法控制 //超声波避障模式 if(JL<30) {SetMotorVoltageAndDirection(-sd_value,-sd_value); delay_ms(1000); SetMotorVoltageAndDirection(0,sd_value); delay_ms(1000); } else { if(CG_Z1==1&&CG_Y1==1)//如果都为高电平：前进 { SetMotorVoltageAndDirection(sd_value,sd_value); } else if(CG_Z1==0||CG_Y1==0)//两个传感器都检测到，表示到达接近火源的最近位置。执行：停止、启动水泵灭火、关闭水泵动作。 { SetMotorVoltageAndDirection(0,0);//停止 MH=1;//启动水泵 delay_ms(5000); MH=0;//关闭水泵 } } } elseif(yy==1)//模式2：循迹模式：寻迹中检测到灭火 { LED2=0;LED3=1; //红外循迹模式：小车卡着黑线循迹行走 if(CG_Z1==0||CG_Y1==0)//两个传感器都检测到，表示到达接近火源的最近位置。执行：停止、启动水泵灭火、关闭水泵动作。 { SetMotorVoltageAndDirection(0,0);//停止 MH=1;//启动水泵 delay_ms(5000); MH=0;//关闭水泵 } else { if(CG_Z2==1&&CG_Y2==1)//左右两个传感器都检测到黑线，小车执行停止 { SetMotorVoltageAndDirection(0,0); } else if(CG_Z2==0&&CG_Y2==0)//左右两个传感器都没有检测到黑线，小车执行前进 { SetMotorVoltageAndDirection(sd_value,sd_value); } else if(CG_Z2==1&&CG_Y2==0)//如果左传感器检测到黑线，表示小车车头偏左，为修正执行动作，小车执行右转的动作 { SetMotorVoltageAndDirection(sd_value,0); } else if(CG_Z2==0&&CG_Y2==1)//如果右传感器检测到黑线，表示小车车头偏右，为修正执行动作，小车执行左转的