紀(jì) 翔，劉廣橋*

（蘭州城市學(xué)院 培黎石油工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

對(duì)于冶煉廠倉庫存儲(chǔ)易燃物品的撲救，消防員需要根據(jù)冶煉廠燃燒物的性質(zhì)用各種工具去選擇滅火方式，目前能夠有效代替消防員人工滅火的設(shè)備并不多?，F(xiàn)有滅火機(jī)器人的功能還不完善，缺少視頻傳輸功能，無法觀察火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，一旦發(fā)生意外，消防員難于逃出現(xiàn)場(chǎng)；救援人員不了解滅火現(xiàn)場(chǎng)的情況也很難進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，這對(duì)展開救援行動(dòng)和滅火行動(dòng)造成很大的不便，存在很大的盲目性，也威脅著救援人員的生命安全。另外，滅火機(jī)器人不具有語音功能，則無法實(shí)現(xiàn)與火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)被困人員進(jìn)行交流。因此，此滅火機(jī)器人更加準(zhǔn)確地了解火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)火情，讓救援人員根據(jù)火勢(shì)的發(fā)展情況制定最合理的救援方案，才能企業(yè)的損失降到最低。

1 設(shè)計(jì)功能

設(shè)計(jì)用于冶煉廠化學(xué)試劑倉庫的遠(yuǎn)程滅火機(jī)器人，涉及單片機(jī)控制，遠(yuǎn)程通信，機(jī)械設(shè)計(jì)，無線充電，化學(xué)材料學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域[1]。它的意義在于通過視頻對(duì)火源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，檢視火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，完成滅火救援工作的同時(shí)對(duì)消防人員的生命安全進(jìn)行保障。通過滅火機(jī)器人代替消防人員完成一些存在安全隱患的行動(dòng)，工作過程中可操控機(jī)器人行駛到無線充電平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控充電[2]。即使機(jī)器人處于低電量狀態(tài)，太陽能電池板可將現(xiàn)場(chǎng)明火的光能轉(zhuǎn)化為電能為其充電。其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在第一時(shí)間啟動(dòng)并到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)施行小規(guī)模滅火，對(duì)火災(zāi)的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行正確的評(píng)估和判斷，為后續(xù)救援人員制定救援方案和實(shí)行救援行動(dòng)提供幫助[3]。其次，可以通過語音和視頻功能和被困人員進(jìn)行交流，在了解火災(zāi)真實(shí)情況的同時(shí)對(duì)被困人員進(jìn)行情緒上的安撫和逃生指導(dǎo)，這相比于傳統(tǒng)意義上的喊話或?qū)χv機(jī)來說，更方便，更準(zhǔn)確。

2 設(shè)計(jì)原理圖

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)傳遞給中央控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，動(dòng)力系統(tǒng)完成一系列的操作達(dá)成指令目標(biāo)。

3 系統(tǒng)組成

3.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

通過手機(jī)APP接入互聯(lián)網(wǎng)與滅火機(jī)器人通過路由器接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的控制方式，控制機(jī)器人主要由單片機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)模塊組成。該系統(tǒng)核心是用戶終端安卓系統(tǒng)和HC-05藍(lán)牙傳輸系統(tǒng)組成。使用STC89C51單片機(jī)芯片作為系統(tǒng)的中央控制系統(tǒng)模塊。各傳感器的輸出信號(hào)通過轉(zhuǎn)換單元送給單片機(jī)，利用單片機(jī)程序控制各類外設(shè)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種指令與動(dòng)作。滅火機(jī)器人控制流程圖如圖1所示：

圖1 滅火機(jī)器人控制流程圖

3.2 視頻交互系統(tǒng)

通過手機(jī)終端由負(fù)責(zé)人或值班人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，360°旋轉(zhuǎn)檢測(cè)四周環(huán)境，對(duì)機(jī)器人前行做出應(yīng)變，對(duì)火源隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，可與被控人員視頻通話交流。

3.3 傳感器系統(tǒng)

利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人測(cè)速，也可通過紅外的搜索和跟蹤系統(tǒng)，搜索和跟蹤目標(biāo)，火焰煙霧傳感器用于檢測(cè)定位火災(zāi)位置，發(fā)出報(bào)警。

3.4 機(jī)械組成

包括履帶底盤，金屬外殼，滅火器，滅火球，彈射架，水箱，水泵，電池，電機(jī)，開關(guān)等組成，實(shí)現(xiàn)硬件與軟件相互兼容控制。

4 設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)：藍(lán)牙芯片連接機(jī)器人，通過APP的前后左右操作按鍵，PWM模塊驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行動(dòng)；L298模塊驅(qū)動(dòng)噴桿與滅火器轉(zhuǎn)向。繼電器主要控制水泵、滅火器開關(guān)。用戶終端發(fā)出指令后，由藍(lán)牙模塊接收到信息指令，通過單片機(jī)程序宏處理后，PWM模塊接受到單片機(jī)指令，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)完成機(jī)器人行動(dòng)狀態(tài)。

（2）短信報(bào)警：當(dāng)機(jī)器人處于布防狀態(tài)時(shí)，傳感器探測(cè)到煙霧或火焰超出閾值，信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)程序軌道，從而驅(qū)動(dòng)GSM模塊發(fā)送報(bào)警信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警功能，與用戶終端完成通信過程。

（3）超聲波報(bào)警：由超聲波模塊、共陽數(shù)碼管、蜂鳴器、自鎖開關(guān)等電子元件組成。超聲波將遇到障礙物產(chǎn)生反射信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將距離顯示在三級(jí)數(shù)碼管上。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，超聲波開始報(bào)警提示操控者已到最后的后退距離。

（4）高溫報(bào)警降溫：主要由三級(jí)數(shù)碼管、溫度敏感器、蜂鳴器、電子半導(dǎo)體制冷模塊，電機(jī)風(fēng)扇模塊組成。溫度傳感器將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)顯示在三級(jí)數(shù)碼管上，溫度超過設(shè)定的額定臨界溫度時(shí)，蜂鳴器內(nèi)的三極管放大電流驅(qū)動(dòng)觸發(fā)繼電器開關(guān)，降溫裝置開始工作。

5 功能實(shí)現(xiàn)

（1）視頻操控：操作時(shí)可視頻360°旋轉(zhuǎn)檢測(cè)四周環(huán)境，對(duì)機(jī)器人前行做出應(yīng)變，對(duì)冶煉廠化學(xué)試劑燃點(diǎn)隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，也可與被控人員視頻通話交流，指導(dǎo)被困人員如何逃生自救。

（2）短信報(bào)警：機(jī)器人在感應(yīng)到煙霧、明火或火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)傷員時(shí)，通過單片機(jī)和SIM卡以短信的方式將火災(zāi)信息發(fā)送給用戶。當(dāng)機(jī)器人后退時(shí)，自身也不間斷提醒操控者后方安全距離。

（3）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控充電：操控機(jī)器人行駛到無線充電平臺(tái)，平臺(tái)檢測(cè)到會(huì)自動(dòng)充電，離開自動(dòng)斷電。即使機(jī)器人處于低電量狀態(tài)，機(jī)器人上面的太陽能板可將現(xiàn)場(chǎng)明火的光能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行充電，延長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的時(shí)間。

（4）三種滅火方式供用戶選擇：搭載滅火性液體加增壓水泵噴射，搭載干粉滅火器，搭載可彈射性的滅火球。通過遙控均可以控制噴射（彈射）的角度和高度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)滅火，噴射距離達(dá)到10m。

（5）定位終端基于GPS技術(shù)：用單獨(dú)的GPS接收機(jī)獲得移動(dòng)實(shí)體的位置信息，然后通過蜂窩網(wǎng)，以GPRS形式傳輸GPS信息，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和定位，發(fā)生火災(zāi)也會(huì)將火災(zāi)位置發(fā)送給119請(qǐng)求出動(dòng)滅火。

（6）重力感應(yīng)設(shè)計(jì)：考慮到滅火時(shí)的操作性要求，設(shè)計(jì)的APP也進(jìn)行重力感應(yīng)操控機(jī)器人的前進(jìn)后退問題。

履帶式機(jī)器人采用金屬材料制成，外側(cè)包覆高溫絕熱材料，內(nèi)部安裝高溫檢測(cè)裝置和水循環(huán)散熱裝置，具有高溫工作環(huán)境能力和高溫自動(dòng)保護(hù)功能。

（7）滅火機(jī)器人采用履帶結(jié)構(gòu)，越障能力、地形適應(yīng)能力強(qiáng)，可原地轉(zhuǎn)彎，適用于復(fù)雜環(huán)境，尤其在爬樓梯、越障等方面較為突出，能在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)處理復(fù)雜情況。

（8）自我犧牲精神，當(dāng)冶煉廠存儲(chǔ)倉庫發(fā)生火情滅火機(jī)器人不能完成時(shí)，可以多搭載幾顆滅火球進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，通過現(xiàn)場(chǎng)高溫將滅火球引爆起到滅火的作用，滅火機(jī)器人會(huì)受損，但金屬外殼可以防止內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損。

6 結(jié)論

當(dāng)冶煉廠化學(xué)試劑倉庫發(fā)生火災(zāi)時(shí)，遠(yuǎn)程無人滅火機(jī)器人通過火焰報(bào)警器或煙霧報(bào)警器檢測(cè)，通過SIM卡以短信方式告知用戶，由用戶通過手機(jī)APP遙控機(jī)器人，第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警、施救等措施。攝像頭360°觀測(cè)機(jī)器人周圍環(huán)境，觀察火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，找準(zhǔn)火源，對(duì)準(zhǔn)火源利用有效液體或者二氧化碳進(jìn)行選擇性滅火。