楊　斌，劉思美（山東科技大學　電氣與自動化工程學院　自動化系，山東　青島　266590）

基于 ST M32 的智能滅火機器人設(shè)計方案

楊斌，劉思美
（山東科技大學電氣與自動化工程學院自動化系，山東青島266590）

本系統(tǒng)以stm32微控制器為核心控制單元，以安裝在車體兩側(cè)紅外傳感器來循跡，通過聲音傳感器啟動，使用火焰?zhèn)鞲衅鱽頇z測火焰，以溫度傳感器檢測與火源的距離，并用風扇來滅火。車身主要以相隔30度的五個紅外傳感器來調(diào)整車身的角度，實現(xiàn)了對運動方向的控制，進而躲避障礙物，實現(xiàn)了在規(guī)定區(qū)域能自主搜索火源并實施滅火的功效。

stm32；傳感器；滅火機器人

1　系統(tǒng)整體方案設(shè)計

智能滅火機器人在聲音或人工啟動后，左右兩側(cè)的電機被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，小車在前進的過程中，通過兩側(cè)夾角固定紅外傳感器，來調(diào)整兩輪的轉(zhuǎn)速，是車體達到前行方向，前行過程中實時監(jiān)測是否有火源存在，若火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到有火源時，向火源靠攏，當與貨源達到一定距離時，溫度傳感器接收到信號，在單片機處理下使風扇轉(zhuǎn)動，直至火源被滅才停止旋轉(zhuǎn)，然后繼續(xù)尋找下一火源。

系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計

在綜合考慮工作受地面摩擦、機器人慣性、機器人電機的轉(zhuǎn)數(shù)差、齒輪箱與輪子的摩擦、電壓變化等多個因素影響后，為了方便小車在前進過程中，能夠直線前進，且沒有左右較大的晃動，而且能夠平穩(wěn)轉(zhuǎn)彎，我們采用圓形車體，兩電機驅(qū)動，前后各安裝一個萬向輪。

車體主要由電路板，車底盤，風扇架，車輪等構(gòu)成，為了更加節(jié)省車體空間，我們在設(shè)計電路板時，將穩(wěn)壓芯片，電機驅(qū)動，stm32芯片都焊接在一塊板子上，使整個車體看起來更整潔更美觀。在車體前方安裝5個紅外傳感器，并且距中心紅外各岔開30度，將兩個傳感器放在車盤后面，距中心岔開60度。這樣能夠使探測的范圍更大，有利于對墻壁的探測。紅外的距離大概8cm，經(jīng)過檢測，這樣車體能夠最快修正，更加平穩(wěn)。電池放于車底盤下面，將車的重心降低，更有利于車體穩(wěn)定。將風扇提高能夠略高于火源，而溫度傳感器與火焰?zhèn)鞲衅饕话闩c火源同等高度，風扇要有大概10度的向下傾角，這樣就能保證最大范圍的滅火。

2.2電源管理模塊設(shè)計

電源管理模塊包括穩(wěn)壓模塊與驅(qū)動模塊。由于單片機及所有的傳感器系統(tǒng)供電采用的是5V的電源，而車體要良好的運行電機的供電電壓應(yīng)該達到12V，所以在電源的處理上采用了穩(wěn)壓芯片，LM2596來穩(wěn)5V，以供傳感器使用，電機驅(qū)動模塊使用直流12V，使用一款MC34063升壓芯片。由于傳感器數(shù)量較多，尤其紅外傳感器所消耗的電流較大，這便是我們使用LM2596的原因。

電機驅(qū)動芯片我們采用的是LR7843，電機驅(qū)動電路為一個由分立元件制作的直流電動機可逆雙極型橋式驅(qū)動器，其功率元件由4片N 溝道功率MOS 管組成，額定工作電流可以輕易達到100A 以上，大大提高了電動機的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。該驅(qū)動器主要由以下部分組成：功率MOS 管柵極驅(qū)動電路、IR2104驅(qū)動芯片、74HC08D與門芯片等。

2.3傳感器模塊設(shè)計

紅外傳感器采用E18-D80NK，傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。紅外發(fā)射管發(fā)射出經(jīng)過調(diào)制過的38KHZ的紅外光，當前方?jīng)]有障礙物時，接收器收不到紅外光，相反當前方有障礙物時，接受器可以收到紅外光。根據(jù)此原理，機器人可以感知前方的路況從而決定是否前行。聲音傳感器是固定頻率聲控的，內(nèi)部含有鑒頻器，可以對固定頻率音頻信號識別；放大器對麥克風的聲音進行100倍放大，并從接口插針輸出，可以精密多圈電位器調(diào)節(jié)頻率。這樣我們就可以更加準確的控制小車，不至于在雜音下啟動。溫度傳感器采用的是DS18B20測溫模塊，其板載DS18B20芯片，同時留有3P圓孔座，方便插拔DS18B20芯片，芯片引腳已經(jīng)全部引出，內(nèi)置上拉電阻，方便使用，價格便宜，能夠精確檢測與火源距離，使小車實現(xiàn)完全自動化。火焰?zhèn)鞲衅髋c風扇模塊選材，滿足需求即可，但其位置有較為嚴格要求，火焰?zhèn)鞲衅髯詈檬褂?路，分布原理與紅外傳感器分布原理相似，方便在檢測火源后校正角度。風扇最好選用大功率空心杯等，能夠保證足夠的風力滅火，使用繼電器控制其開關(guān)。

3　軟件設(shè)計

程序的開發(fā)是在Keil開發(fā)環(huán)境下進行的，包括源程序的編寫、編譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件。軟件設(shè)計部分包括系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集與處理、電機控制、滅火等部分。

在小車接收到信號啟動后，實時監(jiān)測是否有火源存在，在紅外傳感器沒有檢測到物體時，小車則向兩邊斜向靠攏，以便貼近障礙物行駛。若檢測到火源，根據(jù)火焰?zhèn)鞲衅鱽砼袆e火源的方向，并逐漸向火源靠攏，靠近過程中及時修正車體方向，在距火源達到一定距離后，溫度傳感器接收到信號，通過單片機控制繼電開通，促使風扇轉(zhuǎn)動，直至檢測不到火源時風扇停止。為防止火復(fù)燃，需小車在原地靜定幾秒鐘，確定無火源時再離開，繼續(xù)尋找下一火源。

4　結(jié)論

順應(yīng)于現(xiàn)代滅火技術(shù)的理念，基于stm32核心處理器，合理搭建小車機械結(jié)構(gòu)，使用紅外傳感器避障，聲音傳感器啟動，火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火源，溫度傳感器控制與火源距離，用風扇滅火，我們設(shè)計出一種運行穩(wěn)定，價格低廉，可靠且可行的全自動智能滅火機器人。

［1］（美）麥庫姆.小型智能機器人制作全攻略［M］.（第4版）北京：人民郵電出版社，2013（06）.

［2］蔡自興等編.機器人學基礎(chǔ)［M］.（第2版）北京：機械工業(yè)出版社，2015（03）.

［3］劉火良，楊森編.STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013（06）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.127

楊斌（1993-），男，河南盧氏人，本科。