張建明 欒學(xué)濤 沈友祥 吳銘 劉學(xué)三

摘 ? 要：多功能火場(chǎng)救援機(jī)器人以STC89C51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合紅外火焰?zhèn)鞲?，TELESKY HC-SR04超聲波測(cè)距傳感，A7 GSM/GPRS/GPS模塊、TS832圖傳發(fā)射機(jī)、RC805圖傳接收機(jī)、FPV2.1mm500萬像素?cái)z像頭、MQ-3酒精傳感器、MQ-2煙霧氣敏傳感器、機(jī)械手，能代替消防員在危險(xiǎn)的火場(chǎng)環(huán)境中完成滅火救援，定位通訊，檢測(cè)搬運(yùn)等任務(wù)。

關(guān)鍵詞：多功能 ?傳感器 ?圖像傳輸 ?通信定位 ?STC89C51

中圖分類號(hào)：TU998 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（a）-0065-02

1 ?選題的依據(jù)和意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國(guó)城市化建設(shè)和工業(yè)化建設(shè)進(jìn)一步加快，涌現(xiàn)了大量的高層建筑、地下設(shè)施和大型化工企業(yè)，伴隨著的是放射性物質(zhì)和化學(xué)危險(xiǎn)品泄漏以及燃燒、爆炸、坍塌等事故隱患增加。一旦發(fā)生火災(zāi)事故，在充滿煙霧甚至是毒氣的災(zāi)害環(huán)境中，消防員救援工作難度較大，人身安全也受到威脅。

縱觀我國(guó)近年來發(fā)生的火災(zāi)事故，出現(xiàn)消防員死傷的“二次災(zāi)難”現(xiàn)象并不在少數(shù)。面對(duì)嚴(yán)峻的消防現(xiàn)狀，如何保護(hù)在火場(chǎng)“沖鋒陷陣”的火場(chǎng)英雄是一個(gè)亟需解決的重要問題。而我國(guó)現(xiàn)有的消防類機(jī)器人大都功能單一，因此創(chuàng)新出智能化，多功能化的火場(chǎng)救援機(jī)器人就格外重要。

2 ?生活中的現(xiàn)狀及其發(fā)展的情況

工作強(qiáng)度大，硬件與救援任務(wù)不匹配一直都是我國(guó)消防部門面臨的問題。我國(guó)消防部門從2004年就開始配備消防機(jī)器人，但依賴進(jìn)口且功能單一。我國(guó)消防部隊(duì)配備的消防類機(jī)器人存在數(shù)量有限，地區(qū)分布不均勻等問題。我國(guó)目前處于消防機(jī)器人的發(fā)展階段，與國(guó)外的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)相比仍有不小差距。

由于多方面原因，目前市場(chǎng)上的大部分消防機(jī)器人都不具備多功能化、智能化的特點(diǎn)，往往只能在特定的工作場(chǎng)景中執(zhí)行救援任務(wù)，并且造價(jià)昂貴，難以大面積投產(chǎn)。而我國(guó)火災(zāi)事故頻發(fā)，消防員的安全問題引人重視，創(chuàng)新出功能全面、工作效率高的消防機(jī)器人對(duì)保護(hù)國(guó)家和公民的財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)我國(guó)消防事業(yè)的發(fā)展有重大意義。

3 ?主要功能和性能指標(biāo)

3.1 主要功能

本機(jī)器具有功能全面、實(shí)用性強(qiáng)、智能化等特點(diǎn)，能代替消防員進(jìn)入有毒、濃煙、高溫、缺氧等高危險(xiǎn)性滅火救援現(xiàn)場(chǎng)，完成偵察檢驗(yàn)、排煙降溫、搜索救人、滅火控制等任務(wù)，在減少消防員傷亡的同時(shí)，有效控制險(xiǎn)情，完成救援工作，在危險(xiǎn)情況下的偵查和搜救任務(wù)中發(fā)揮重要作用。

小車進(jìn)入火場(chǎng)后，由紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到火焰，由車身兩側(cè)的超聲波傳感器檢測(cè)障礙物。滅火機(jī)器人通過比較車身兩側(cè)的距離自主做出前進(jìn)，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)的指令，并多次采樣濾除雜波來控制小車平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)小車遇到火源時(shí)，由STC89C51控制的中斷程序啟動(dòng)，小車停止運(yùn)行，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)板控制的水泵開始工作。水流經(jīng)水泵由軟管流出，作用于火焰，直到火焰熄滅，小車?yán)^續(xù)向前行進(jìn)。

小車裝有煙霧傳感器、攝像頭、圖傳發(fā)射機(jī)與接收器、A7 GSM/GPRS/GPS模塊與機(jī)械手，可在以上過程中檢測(cè)火場(chǎng)煙霧濃度，并實(shí)時(shí)定位，傳輸火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖像，車身的機(jī)械手可結(jié)合圖傳系統(tǒng)遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，能在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)抓起危險(xiǎn)物品，清理障礙物，便于消防員在場(chǎng)外及時(shí)了解火場(chǎng)災(zāi)情及人員傷亡情況，做出有效判斷并制定救援計(jì)劃。

3.2 主要性能指標(biāo)

L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)板

紅外火焰?zhèn)鞲衅?/p>

MQ-3酒精傳感器

MQ-2煙霧氣敏傳感器

TELESKY HC-SR04超聲波傳感器

A7 GSM/GPRS/GPS模塊

TS832圖傳發(fā)射機(jī) RC805圖傳接收機(jī) FPV2.1mm500萬像素?cái)z像頭

4 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

啟動(dòng)小車后，超聲波傳感器發(fā)出的超聲波碰到障礙物后反射的部分回波由探頭接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而計(jì)算出探頭至被測(cè)物體的距離。小車比較車身兩側(cè)距障礙物的距離，向距離大的一側(cè)行進(jìn)，達(dá)到避障目的。在小車行進(jìn)的同時(shí)，紅外線火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到火焰后，單片機(jī)的中斷程序啟動(dòng)，小車開始滅火，在火苗熄滅后，小車在超聲波傳感器的配合下繼續(xù)工作。

5 ?創(chuàng)新點(diǎn)、應(yīng)用前景以及發(fā)展方向

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

本機(jī)器結(jié)合多種傳感器，可代替消防員進(jìn)入火勢(shì)兇猛的房屋、爆炸或彌散毒氣的現(xiàn)場(chǎng)，到達(dá)消防員無法抵達(dá)、無法觀測(cè)的受災(zāi)部位，能夠完成尋找火源并熄滅、檢測(cè)氣體濃度，傳輸圖像，實(shí)時(shí)定位、通話通信、搬運(yùn)障礙物等任務(wù)。

小車配有攝像頭、圖傳系統(tǒng)、A7 GSM/GPRS/GPS模塊，在具有傳統(tǒng)滅火機(jī)器人工作功能的同時(shí)，又具備了通信及定位功能。攝像頭可使場(chǎng)外人員觀測(cè)火場(chǎng)災(zāi)情并發(fā)現(xiàn)傷員;A7 GSM/GPRS/GPS模塊及通信與定位功能為一體，可用來確定起火點(diǎn)或傷員位置，并使傷員及時(shí)與消防人員聯(lián)系，提高救援效率，獲得有效救治;救援人員通過圖傳系統(tǒng)用來操控機(jī)械手，可搬運(yùn)障礙物，清理路障。

此外，本機(jī)器配有煙霧傳感器及酒精傳感器，能及時(shí)檢測(cè)危險(xiǎn)氣體，可工作于多種火災(zāi)情景，功能多樣，適應(yīng)性強(qiáng)。

5.2 應(yīng)用前景

隨著中國(guó)制造2025的提出，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)有了政策支持，2016年由工信部、發(fā)改委、財(cái)政部等三部委聯(lián)合引發(fā)的《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》中，消防機(jī)器人被列為十種重大標(biāo)志性率先突破產(chǎn)品之一。在國(guó)家政策的強(qiáng)力支持下，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迎來了極好的機(jī)遇。

本機(jī)器功能多樣，工作效率高，適應(yīng)能力強(qiáng)，具有創(chuàng)新性，可工作于濃煙、有毒等火災(zāi)場(chǎng)景，切實(shí)用于消防部門救災(zāi)作業(yè)，提高消防工作效率，為火場(chǎng)救援贏得寶貴的時(shí)間。

6 ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示。

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