侦查灭火机器人的设计与研究

　　摘要:本文主要是研究融合人工智能、神经网络、计算机技术、自动控制、远程控制的侦查灭火机器人，通过电路板主控系统的总体控制，利用传感器进行火焰和障碍的检测，通过各种非电信号向电信号的转变来控制侦查灭火机器人的每一个行动，它可以自动避障、自动寻找火源、自动灭火。

　　关键词: 人工智能 远程控制 灭火机器人

　　Abstract: this paper is mainly research fusion artificial intelligence, neural network, computer technology, automatic control, remote control robot fire investigation, through the circuit board master control system of overall control, using the sensor for the flame and obstacles test, through all kinds of electrical signals to the transformation of the electrical signals to control the fire investigation of the robot every action, it can automatic obstacle avoidance, automatic looking for fire, automatic fire extinguishing.

　　Keywords: artificial intelligence remote control robot fire

　　中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：

　　1 前 言

　　随着社会的不断发展，在社会财富日益增多的同时，导致发生火灾的危险性也在增多，火灾的危害性也越来越大。各种不可避免的火灾频繁出现，给社会造成了许多隐患。在长春就出现了天元大厦大火灾的惨痛教训，所以随着社会与国家的发展，在经济迅速增长的同时，各种火灾的及时扑救已成为了迫在眉睫需要解决的问题。救火早一刻就少一分的损失。救援人员固然很快，但也需要一定的时间，而且进入火灾现场还有一定的危险，甚至危及生命。近几十年中，大量的高层，地下建筑与大型的石化企业不断涌现。由于这些建筑的特殊性，发生火灾时，不能快速高效的灭火。为了解决这些难题，尽快救助火灾中的受害者，最大限度的保证消防人员的安全，研制一种侦查灭火机器人是十分必要和有实际现实意义的。

　　2 侦查灭火机器人的总体设计

　　2.1 方案的确认

　　侦查灭火机器人主要模块有微控制器模块、语音识别模块、电机驱动模块、火焰检测模块、避障模块、语音报警模块。

　　2.1.1 控制器模块

　　采用单片机作为控制器。SPCE061A是16位微处理器，具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点，内嵌32k字闪存FLASH，处理速度高，尤其适用于数字语音播报和识别等应用领域。

　　2.1.2 语音识别模块

　　利用61单片机进行存储和放音。凌阳61单片机是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟可达49MHz，具备运算速度高的优势等，这些都为语音的播放、录放、合成和辨识提供了条件。

　　2.1.3 电机驱动模块

　　电机采用直流减速电机。直流电机运转平稳，精度有一定的保证。直流电机控制的精度虽然没有步进电机那样高，但完全可以满足要求。通过单片机的PWM输出同样可以控制直流电机的旋转速度，实现机器人的速度控制，并且直流电机相对于步进电机价格经济。

　　2.1.4 火焰检测模块

　　当蜡烛燃烧时，火焰会产生一定强度的紫外线、可见光和红外线，根据蜡烛燃烧时火焰光谱分布情况，可选用相应的火焰检测器。蜡烛光的色温在1800K左右，色温较低，波长偏向红外线。

　　本次设计采用远红外火焰传感器，远红外火焰传感器可以用来探测火源或其他一些波长在700~1000nm范围内的热源。蜡烛燃烧所产生的红外线波长位于远红外火焰传感器检测的波长范围之内。

　　2.1.5 语音报警模块

　　采用SPCE061A自带的语音功能很容易实现语音报警的功能。

　　2.1.6 显示模块

　　采用LED数码管显示。数码管只能显示有限的数字和符号，但是颜色鲜艳，易于观察，可实时动态显示。采用CH451驱动可以大量的减少占用的接口数目。机器人上采用8位LED数码管显示火源的个数和小车的速度。

　　经过仔细的分析和论证，决定系统各模块的最终方案如下：

　　(1) 控制模块：采用凌阳SPCE061A16位单片机。

　　(2) 语音模块：采用凌阳61单片机自带的语音功能。

　　(3) 寻迹模块：采用红外对管进行反射式探测。

　　(4) 避障模块：采用光电接近开关避障。

　　(5) 火焰检测模块：采用远红外火焰传感器。

　　(6) 显示模块：采用LED显示模块。

　　2.2 软件设计

　　2.2.1 开发软件及编程语言简介

　　使用凌阳公司的在线调试与编程软件unSPIDE2.5.0， 采用主流设计语言C语言对单片机进行编程实现各项功能。C语言功能丰富，表达能力强，目标程序效率高，可移植性好，既具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点，应用十分广泛。

　　2.2.2 软件实现

　　软件设计采用模块化设计方法，每一个模块对应一个文件，各模块之间耦合度较小，比较容易修改维护。

　　2.2.3 灭火并返程的算法

　　采用机器人内建坐标的算法，机器人在每一个点的坐标表示为(x, y, dir)其中x， y表示机器人在场地中的坐标，dir表示机器人的当前方向。将灭火场地定义为第一象限，将机器人出发点定为坐标(0，0，0)，则场地内的坐标均为正数。

　　我们又编写了由坐标(x0, y0, dir0)到坐标(x1, y1, dir1)的算法，可以通过不同的路径到达指定的坐标。再建立一个坐标队列，这样机器人就可以沿指定的路线前进，同时可以在前进途中检测火焰，扑灭火焰。

　　如果在前进途中遇到障碍，还可以通过障碍算法修改坐标队列和临时坐标队列，使机器人绕过障碍。

　　3 侦查灭火机器人的优点

　　(1)无生命损伤性。机器人作为一种无生命载体，在面临高温、有毒、缺氧和浓烟等各种危险复杂的环境时，在人力所不及之处可充分发挥其作用，大大减少消防人员伤亡。

　　(2)可重复使用性。该机器人作为一种特殊武器装备，在细心维护保养的同时，可反复多次使用，发挥其效能。

　　(3)人工智能性。现代机器人是人工智能、神经网络、计算机技术、自动控制、电力电子、模糊控制和机械工业等高端学科的结合体。它能够根据现场实际情况，侦查判断实际危险情况来源，进行数据收集、处理、传输反馈、灭火等工作。

　　(4)操作方便，只需一个人即可，无论智力高低，就像手机一样方便。

　　(5)可应对一些难于进入的地形和危险的场合。比如那些进入有生命危险的地方和消防员难以进入的地方。

　　4 综述

　　机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40余年的发展已取得长足的进步。

　　灭火机器人属于特种机器人范畴，它作为特种消防设备可替代消防队员接近火灾现场实施有效的灭火救援作业，开展各项火场侦查任务，尤其是在危险性大或者消防队员不易接近的场合，灭火机器人的应用将大大提高消防部门扑灭恶性火灾的能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡具有重要的作用。

　　参考文献：

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