基于主动消防预警的自主车的制作方法
专利名称：基于主动消防预警的自主车的制作方法
技术领域：
本发明属于微小型智能机器人、自主车消防预警领域，涉及一种基于主动消防预警的自主车。
背景技术：
随着社会经济迅猛发展，建筑和企业生产的特殊性导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加，事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时，若没有有效的方法、设施及相应的装备，消防员将无法进入事故现场，而要贸然冲进现场，不仅不能完成任务，往往只会造成无辜生命的牺牲，付出惨重代价，结果仍不能达到预期的目的。在这方面，各地公安消防部队已历经诸多血的教训。消防自主车作为一种特种机器人，在灭火和抢险救援中愈加发挥举、足轻重的作用。如今国内外已经有能够灭火并实施救援的消防机器人，但多需远程操控，造价昂贵，组装困难，不适于群体机器人作业；且体积大，不适于进入空间狭隘区域火灾现场作业。因此，有必要设计一种智能化的易于实施的基于主动消防预警的自主车。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于主动消防预警的自主车，该基于主动消防预警的自主车自动化程度高、避障功能强、灭火效率高。发明的技术解决方案如下一种基于主动消防预警的自主车，其特征在于，包括车体、微处理器、行进系统、火源探测装置及灭火系统；行进系统包括左轮、右轮、万向轮、3个红外避障传感器、两个用于分别控制左轮和右轮的360°舵机和3个用于识别导航路径的红外光电传感器，左轮、右轮和万向轮组成车体的支撑机构；红外光电传感器置于车体前方的底部；红外避障传感器设置在车体的前端，360°舵机均受控于微处理器；红外避障传感器以及红外光电传感器均与微处理器连接；火源探测装置包括4个远红外火焰传感器，分为探测距离不同的两组，每组中包含2个所述远红外火焰传感器，每组远红外火焰传感器中的两个远红外火焰传感器分设在车体的两侧；远红外火焰传感器均与微处理器连接；灭火系统设置在车体后端，包括支架、电风扇、干粉灭火装置及火焰探测器；电风扇设置在支架上，且正面朝下；干粉灭火装置设置在电风扇正下方，干粉灭火装置为一个内装灭火粉体的外壁设有多个通孔的中空圆柱体，干粉灭火装置与电风扇同轴旋转；火焰探测器设置在车体上，火焰探测器与微处理器连接，电风扇受控于微处理器火焰探测器也采用前述的远红外火焰传感器，设置为较近的探测距离。远红外火焰传感器的信号输出端通过放大电路与微处理器的IO端口相连；放大电路中，传感器的信号输出端经第一电阻(R4)接运算放大器的正输入端，运算放大器的正输入端与运算放大器的输出端之间跨接有第二电阻(R1)，运算放大器的负输入端接电位器(R6)的输出端，电位器(R6)设置在直流电源正极与地之间。3个红外光电传感器分别设置于车体前方的底部的左侧、正中和右侧,红外避障传感器分别设置在车体的前端的左侧、正中和右侧。有益效果本发明的基于主动消防预警的自主车，基于微处理器(具体可以采用单片机STC89C52RC作为控制芯片)控制，结合红外探测、火源探测与微型机灭火技术，实现了小型火灾现场的消防预警工作，也达到了微型移动自主车便捷安装需求，同时也满足自主车群体作业低成本与实时响应的要求，自动化程度高。基于主动消防预警的自主车可在火灾萌芽期，以群体作业为基础进入空间区域狭小火灾现场，自主地寻找火源，并在其灭火能力范围内将其扑灭，如未扑灭则发出蜂鸣报警 声告知消防人员。节约了部分消防警力与人工现场作业巡逻时间，可消除小区域内部分隐患火源。微型自主车的火源探测模块由四个远红外火焰传感器构成，探测火源后“倒车”微调逼近火源，并启动灭火模块。灭火模块由微型直流电风扇、干粉装置及火焰探测器构成。本发明的主动消防预警微型自主车(13cmX8. 3cmX7. 5cm)使用的远红外火焰传感器,可探测火源波长为760nm至IlOOnm热源,衍射角度达60° ,实现自主车两侧最远IOOcm的火源探测。系统具有成本低廉、自主性强、实时性好、体积小特点,适于群体微型自主车作业,优化消防人力投入。本发明可用于楼宇自动化、社区、仓库等火灾防治领域。基于主动消防预警的自主车，具有路径跟踪功能，且在传感器感知的作用下实现探障与避障功能，并通过火焰探测模块和灭火模块实现对小型区域火灾现场的初期火源探测及灭火，在火灾初期控制火势的蔓延，因而能有效完成灭火及报警的工作。与现有技术相比，本发明的有益效果主要由以下几点(I)在消防自主车工作的环境中建立了导航路径，在车体上安装了三路红外光电传感器作为寻迹传感器，实现路径跟踪，提高了系统稳定性和群工作效率，优化了路径规划策略，能够快速、有效的搜寻整个火灾现场，节约消防灭火的时间。(2)在消防自主车的避障处理方面，采用了三个红外接近开关传感器，探障角度可达120度，设计易行实用且占用空间小，能够探测到常见类型的障碍物，防止了消防自主车灭火作业时发生“撞车”事故,为自主车群体协同协作提供平台基础。(3)针对消防自主车实现火源探测方面，对远红外火焰传感器进行改造，在每个远红外火焰传感器四周包围一层铝合金，可减小远红外火焰传感器的感测角度，提高火源探测的精度，减少“误判”现象的发生。并将不同探测距离的远红外火焰传感器配合使用，组成“远视探测器”和“近视探测器”组，能够确定火源大致方位。(4)在消防自主车的灭火装置设计上面采用小型直流的电风扇和干粉灭火装置配合使用的方案，充分利用了电风扇的灭火能力和离心力作用，加速灭火效率，提高了自主车的灭火能力。这种设计方案相对于传统的高压水源灭火装置和大量灭火剂装置更加适合本微型消防自主车系统，有结构简单、总重量轻、体积小、控制方便和灭火能力更加持久等优点。(5)本发明相对于现有的机器人系统具有明显的优势。
第一，本发明相对于现有机器人系统结构简易，组装方便，体积小，成本低，但保证一定的消防功能，系统稳定，工作效率高，具备简约而不简单的特色。第二，本发明使用单片机作为控制核心，技术容易掌握，开发成本低廉，扩展性广，适合于群体化作业，产业化前进看好。第三，本发明主要用于火灾探测与求援初期，而现有消防机器人主要用于灭火功能，各有分工重点可协同作业。且本发明自主性强，实时性好，可增设无线远程控制，降低火势蔓延风险，减小人力资源的投入与风险，能够快速有效的起到消防探测与预警的作用。
图I是远红外火焰传感器电路设计原理图；图2是自主车运动模块与传感器感知模块示意图从车体的正前方视角获得的示意图; 图3是主动消防预警微型自主车系统主程序流程图；图4是主动消防预警微型自主车系统灭火模块流程图；图5是微型消防自主车整体结构图。标号说明I-风扇，2-干粉灭火装置，3-火焰探测器，4-探测距离较近的远红外火焰传感器，5-探测距离较远的远红外火焰传感器，6-万向轮，7-右轮，8-左轮，9-红外光电传感器，10-红外避障传感器，11-支架，12-车体。
具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明实施例I :以下对基于主动消防预警的自主车具体结构和工作过程作详细说明(I)消防自主车系统的控制核心为STC89C52RC单片机。52单片机价格低廉，性价比高，编程方便。自主车的本体参数为长13. 0cm、高7. 5cm、车体宽8. 3cm、轮距10. 9cm，轮直径6. 2cm。由STC89C52RC单片机产生PWM波控制两个360度舵机的旋转来控制自主车的运动。通过调节PWM波的占空比可以实现两个舵机的正反转与转动速度。通过判断单片机各I/O接口的数据来确定自主车的运动状态和工作模式。(2)在消防自主车保护的工作环境区域建立导航路径，设计消防自主车的运动模块。在自主车前方底部离地I. 2cm至I. 5cm处安装相邻间距为2cm的三路红外光电传感器，对路径进行识别和跟踪，按照一定路径规划算法遍寻火灾现场中的火源。这种导航路径的设计方法不但可以降低工作环境对消防自主车智能水平的要求，减少自主车出现路线错误的机会，同时依靠导航路径可以提高自主车的移动速度和火源位置判断。消防自主车的三路红外光电传感器相对于两路红外光电传感器可以更加精确的实现路径的跟踪，并且更加稳定的经过S弯；同时由于该微型消防自主车的体积限制和工作要求，三路红外光电传感器已经满足工作环境中的路径规划任务。三路红外光电传感器的安装如图2所示。(3)设计消防自主车的传感器感知模块对自主车行驶路径前方进行探障。传感器感知模块由三个红外接近开关传感器形成120度角安装于自主车正前方离地5. 5cm左右位置，将安全探障距离设置在15cm至20cm，可以防止消防自主车速度过快撞到障碍物，且有足够的空间供自主车转弯。三路红外接近开关传感器已经可以实现对前方一般障碍物和“ Λ ”形角的探测和避障，并运用左序遍历算法，采用向左转弯避开障碍物；若左方仍有障碍物，继续左优先转弯避开障碍物，直至避开障碍。当红外接近开关传感器探测到前方有障碍物时向单片机输入低电平，此时单片机改变输出的PWM波占空比来调节自主车的转弯角度。(4)设计消防自主车火焰探测模块安装于自主车两侧中间离地8. 5至9. 5cm左右处。火焰探测模块共有四个远红外火焰传感器，分为两组，每组由一个“远视探测器”和一个“近视探测器”组成。远红外火焰传感器可以通过调节电位器来调节探测火焰的距离，最远 距离可以达100cm。将探测距离设置在60cm左右的远红外火焰传感器称为“远视探测器”，将探测距离设置在20cm左右的远红外火焰传感器称为“近视探测器”。为了提高远红外火焰传感器的探测精度，在每个远红外火焰传感器的红外探头四周包围一圈铝合金。由于通过调节电位计来设置的探测火焰距离存在近距离探测死区，因此在“近视探测器”上包裹一层黑色透明塑料，即可将探测距离设置在20cm左右。远红外火焰传感器探测到火焰时输出低电平，通过判断四个远红外火焰传感器的输出电平值可以确定火源的大致位置，经过控制核心单片机的作用，驱动消防自主车向目标火源运动。(5)设计消防自主车灭火模块由小型直流电风扇、干粉装置以及一个“近视探测器”构成。考虑自主车重心尽可能在几何中心处，小型直流电风扇垂直悬挂于距自主车后方约5cm、离地约12cm上空；干粉装置为一个四周有许多小孔的底面直径为3cm、高2cm的圆柱形容器，内装有干粉；将干粉装置通过软铁丝悬挂于风扇正下方2cm处；灭火时启动直流电风扇，将带动干粉装置旋转，离心力的作用使干粉洒落在下方的目标火源上，目标火源与干粉发生化学反应，火焰变小，同时火源仍在电风扇的作用下，从而到达灭火的效果；“近视探测器”安装于消防自主车后方离地9. 5m左右处检测火源是否被扑灭，该“近视探测器”的探测距离约为5cm。消防自主车探测到火焰后，以“倒车”的方式靠近目标火源。消防自主车通过检测灭火模块中“近视探测器”的输出电平，可以控制自主车停止于目标火源前方约5cm处，并启动直流电风扇5秒钟。如果5秒内火源被扑灭，自主车将寻找下一个火源，如果5秒内火源未被扑灭，将发出蜂鸣报警声提醒消防人员，然后再寻找下一个火源。消防自主车运动由STC89C52RC单片机的Pl. O和Pl. I两个接口分别输出不同占空比的PWM波控制连接左右轮子的两个360度舵机的正反转和舵机转速，该舵机型号为HG-3M伺服舵机。Pl. O接口连左侧舵机，Pl. I接口连右侧舵机。Pl. O和Pl. I两个接口输出的PWM波的低电平持续时间均为20ms，但高电平持续时间可变。PI. O接口输出PWM波高电平持续时间设置为I. 5ms时左侧舵机静止，当高电平持续时间设置大于I. 5ms时左侧电机向小车前方转动，当高电平持续时间设置小于I. 5ms时左侧电机向小车后方转动。Pl. I接口高电平持续时间设置为I. 5ms时右侧舵机静止，当高电平持续时间设置大于I. 5ms时右侧舵机向小车后方转动，当高电平持续时间设置小于I. 5ms时右侧电机向小车前方转动。当高电平持续时间与I. 5ms的差值绝对值越大时，舵机的转速将越大，在I. 3ms或I. 7ms时转速值将达到最大值约为50rpm至60rpm。因此分别设置Pl. O和Pl. I接口输出的两个PWM波的占空比即可改变舵机的旋转方向和转速，使自主车实现前进、后退和左右转，控制自主车的基本运动。系统流程如图4所示，由于本微型自主车结构简易且不是越障型自主车，所以对工作环境有一定的要求。首先需要在所工作的区域地面建立保护区域导航路径，导航路径可采用宽为3cm左右的黑色线，这种导向线的设置和识别技术是成熟的。建立起导航路径后，消防自主车即可在自主车运动模块的控制作用下沿着导航路径行驶。自主车运动模块由三路红外光电传感器的阵列作为寻迹传感器来跟踪导航路径，左侧寻迹传感器接单片机的PO. O 口，右侧寻迹传感器接单片机的PO. I 口，中间寻迹传感器接单片机的PO. 2 口。红外光电传感器进行路径跟踪的原理是黑色对红外线具有吸收作用，当传感器中发射器发出的红外线经过黑色路径时无法反射到接收器，此时红外光电传感器输出为高电平。三路寻迹传感器的具体控制状态如下表I所示表I三路寻迹传感器的具体控制状态表
权利要求
1.一种基于主动消防预警的自主车，其特征在于，包括车体、微处理器、行进系统、火源探测装置及灭火系统； 行进系统包括左轮、右轮、万向轮、3个红外避障传感器、两个用于分别控制左轮和右轮的360°舵机和3个用于识别导航路径的红外光电传感器，左轮、右轮和万向轮组成车体的支撑机构；红外光电传感器置于车体前方的底部；红外避障传感器设置在车体的前端，.360°舵机均受控于微处理器；红外避障传感器以及红外光电传感器均与微处理器连接； 火源探测装置包括4个远红外火焰传感器，分为探测距离不同的两组，每组中包含2个所述远红外火焰传感器，每组远红外火焰传感器中的两个远红外火焰传感器分设在车体的两侧；远红外火焰传感器均与微处理器连接； 灭火系统设置在车体后端，包括支架、电风扇、干粉灭火装置及火焰探测器；电风扇设置在支架上，且正面朝下；干粉灭火装置设置在电风扇正下方，干粉灭火装置为一个内装灭火粉体的外壁设有多个通孔的中空圆柱体，干粉灭火装置与电风扇同轴旋转；火焰探测器设置在车体上，火焰探测器与微处理器连接，电风扇受控于微处理器火焰探测器也采用前述的远红外火焰传感器，设置为较近的探测距离。
2.根据权利要求I所述的基于主动消防预警的自主车，其特征在于，远红外火焰传感器的信号输出端通过放大电路与微处理器的IO端口相连；放大电路中，传感器的信号输出端经第一电阻(R4)接运算放大器的正输入端，运算放大器的正输入端与运算放大器的输出端之间跨接有第二电阻(R1)，运算放大器的负输入端接电位器(R6)的输出端，电位器(R6)设置在直流电源正极与地之间。
3.根据权利要求I所述的基于主动消防预警的自主车，其特征在于，3个红外光电传感器分别设置于车体前方的底部的左侧、正中和右侧，红外避障传感器分别设置在车体的前端的左侧、正中和右侧。
全文摘要
本发明公开了一种基于主动消防预警的自主车，包括车体、微处理器、行进系统、火源探测装置及灭火系统；行进系统包括左轮、右轮、万向轮、3个红外避障传感器、两个用于分别控制左轮和右轮的360°舵机和3个用于识别导航路径的红外光电传感器；红外避障传感器以及红外光电传感器均与微处理器连接；火源探测装置包括4个远红外火焰传感器；灭火系统设置在车体后端，包括支架、电风扇、干粉灭火装置及火焰探测器。系统具有成本低廉、自主性强、实时性好、体积小特点，适于群体微型自主车作业，优化消防人力投入。本发明可用于楼宇自动化、社区、仓库等火灾防治领域。
文档编号A62C27/00GK102716562SQ20121020964
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者余伶俐, 周开军, 周鲜成 申请人:湖南商学院
技术领域：
本发明属于微小型智能机器人、自主车消防预警领域，涉及一种基于主动消防预警的自主车。
背景技术：
随着社会经济迅猛发展，建筑和企业生产的特殊性导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加，事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时，若没有有效的方法、设施及相应的装备，消防员将无法进入事故现场，而要贸然冲进现场，不仅不能完成任务，往往只会造成无辜生命的牺牲，付出惨重代价，结果仍不能达到预期的目的。在这方面，各地公安消防部队已历经诸多血的教训。消防自主车作为一种特种机器人，在灭火和抢险救援中愈加发挥举、足轻重的作用。如今国内外已经有能够灭火并实施救援的消防机器人，但多需远程操控，造价昂贵，组装困难，不适于群体机器人作业；且体积大，不适于进入空间狭隘区域火灾现场作业。因此，有必要设计一种智能化的易于实施的基于主动消防预警的自主车。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于主动消防预警的自主车，该基于主动消防预警的自主车自动化程度高、避障功能强、灭火效率高。发明的技术解决方案如下一种基于主动消防预警的自主车，其特征在于，包括车体、微处理器、行进系统、火源探测装置及灭火系统；行进系统包括左轮、右轮、万向轮、3个红外避障传感器、两个用于分别控制左轮和右轮的360°舵机和3个用于识别导航路径的红外光电传感器，左轮、右轮和万向轮组成车体的支撑机构；红外光电传感器置于车体前方的底部；红外避障传感器设置在车体的前端，360°舵机均受控于微处理器；红外避障传感器以及红外光电传感器均与微处理器连接；火源探测装置包括4个远红外火焰传感器，分为探测距离不同的两组，每组中包含2个所述远红外火焰传感器，每组远红外火焰传感器中的两个远红外火焰传感器分设在车体的两侧；远红外火焰传感器均与微处理器连接；灭火系统设置在车体后端，包括支架、电风扇、干粉灭火装置及火焰探测器；电风扇设置在支架上，且正面朝下；干粉灭火装置设置在电风扇正下方，干粉灭火装置为一个内装灭火粉体的外壁设有多个通孔的中空圆柱体，干粉灭火装置与电风扇同轴旋转；火焰探测器设置在车体上，火焰探测器与微处理器连接，电风扇受控于微处理器火焰探测器也采用前述的远红外火焰传感器，设置为较近的探测距离。远红外火焰传感器的信号输出端通过放大电路与微处理器的IO端口相连；放大电路中，传感器的信号输出端经第一电阻(R4)接运算放大器的正输入端，运算放大器的正输入端与运算放大器的输出端之间跨接有第二电阻(R1)，运算放大器的负输入端接电位器(R6)的输出端，电位器(R6)设置在直流电源正极与地之间。3个红外光电传感器分别设置于车体前方的底部的左侧、正中和右侧,红外避障传感器分别设置在车体的前端的左侧、正中和右侧。有益效果本发明的基于主动消防预警的自主车，基于微处理器(具体可以采用单片机STC89C52RC作为控制芯片)控制，结合红外探测、火源探测与微型机灭火技术，实现了小型火灾现场的消防预警工作，也达到了微型移动自主车便捷安装需求，同时也满足自主车群体作业低成本与实时响应的要求，自动化程度高。基于主动消防预警的自主车可在火灾萌芽期，以群体作业为基础进入空间区域狭小火灾现场，自主地寻找火源，并在其灭火能力范围内将其扑灭，如未扑灭则发出蜂鸣报警 声告知消防人员。节约了部分消防警力与人工现场作业巡逻时间，可消除小区域内部分隐患火源。微型自主车的火源探测模块由四个远红外火焰传感器构成，探测火源后“倒车”微调逼近火源，并启动灭火模块。灭火模块由微型直流电风扇、干粉装置及火焰探测器构成。本发明的主动消防预警微型自主车(13cmX8. 3cmX7. 5cm)使用的远红外火焰传感器,可探测火源波长为760nm至IlOOnm热源,衍射角度达60° ,实现自主车两侧最远IOOcm的火源探测。系统具有成本低廉、自主性强、实时性好、体积小特点,适于群体微型自主车作业,优化消防人力投入。本发明可用于楼宇自动化、社区、仓库等火灾防治领域。基于主动消防预警的自主车，具有路径跟踪功能，且在传感器感知的作用下实现探障与避障功能，并通过火焰探测模块和灭火模块实现对小型区域火灾现场的初期火源探测及灭火，在火灾初期控制火势的蔓延，因而能有效完成灭火及报警的工作。与现有技术相比，本发明的有益效果主要由以下几点(I)在消防自主车工作的环境中建立了导航路径，在车体上安装了三路红外光电传感器作为寻迹传感器，实现路径跟踪，提高了系统稳定性和群工作效率，优化了路径规划策略，能够快速、有效的搜寻整个火灾现场，节约消防灭火的时间。(2)在消防自主车的避障处理方面，采用了三个红外接近开关传感器，探障角度可达120度，设计易行实用且占用空间小，能够探测到常见类型的障碍物，防止了消防自主车灭火作业时发生“撞车”事故,为自主车群体协同协作提供平台基础。(3)针对消防自主车实现火源探测方面，对远红外火焰传感器进行改造，在每个远红外火焰传感器四周包围一层铝合金，可减小远红外火焰传感器的感测角度，提高火源探测的精度，减少“误判”现象的发生。并将不同探测距离的远红外火焰传感器配合使用，组成“远视探测器”和“近视探测器”组，能够确定火源大致方位。(4)在消防自主车的灭火装置设计上面采用小型直流的电风扇和干粉灭火装置配合使用的方案，充分利用了电风扇的灭火能力和离心力作用，加速灭火效率，提高了自主车的灭火能力。这种设计方案相对于传统的高压水源灭火装置和大量灭火剂装置更加适合本微型消防自主车系统，有结构简单、总重量轻、体积小、控制方便和灭火能力更加持久等优点。(5)本发明相对于现有的机器人系统具有明显的优势。
第一，本发明相对于现有机器人系统结构简易，组装方便，体积小，成本低，但保证一定的消防功能，系统稳定，工作效率高，具备简约而不简单的特色。第二，本发明使用单片机作为控制核心，技术容易掌握，开发成本低廉，扩展性广，适合于群体化作业，产业化前进看好。第三，本发明主要用于火灾探测与求援初期，而现有消防机器人主要用于灭火功能，各有分工重点可协同作业。且本发明自主性强，实时性好，可增设无线远程控制，降低火势蔓延风险，减小人力资源的投入与风险，能够快速有效的起到消防探测与预警的作用。
图I是远红外火焰传感器电路设计原理图；图2是自主车运动模块与传感器感知模块示意图从车体的正前方视角获得的示意图; 图3是主动消防预警微型自主车系统主程序流程图；图4是主动消防预警微型自主车系统灭火模块流程图；图5是微型消防自主车整体结构图。标号说明I-风扇，2-干粉灭火装置，3-火焰探测器，4-探测距离较近的远红外火焰传感器，5-探测距离较远的远红外火焰传感器，6-万向轮，7-右轮，8-左轮，9-红外光电传感器，10-红外避障传感器，11-支架，12-车体。
具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明实施例I :以下对基于主动消防预警的自主车具体结构和工作过程作详细说明(I)消防自主车系统的控制核心为STC89C52RC单片机。52单片机价格低廉，性价比高，编程方便。自主车的本体参数为长13. 0cm、高7. 5cm、车体宽8. 3cm、轮距10. 9cm，轮直径6. 2cm。由STC89C52RC单片机产生PWM波控制两个360度舵机的旋转来控制自主车的运动。通过调节PWM波的占空比可以实现两个舵机的正反转与转动速度。通过判断单片机各I/O接口的数据来确定自主车的运动状态和工作模式。(2)在消防自主车保护的工作环境区域建立导航路径，设计消防自主车的运动模块。在自主车前方底部离地I. 2cm至I. 5cm处安装相邻间距为2cm的三路红外光电传感器，对路径进行识别和跟踪，按照一定路径规划算法遍寻火灾现场中的火源。这种导航路径的设计方法不但可以降低工作环境对消防自主车智能水平的要求，减少自主车出现路线错误的机会，同时依靠导航路径可以提高自主车的移动速度和火源位置判断。消防自主车的三路红外光电传感器相对于两路红外光电传感器可以更加精确的实现路径的跟踪，并且更加稳定的经过S弯；同时由于该微型消防自主车的体积限制和工作要求，三路红外光电传感器已经满足工作环境中的路径规划任务。三路红外光电传感器的安装如图2所示。(3)设计消防自主车的传感器感知模块对自主车行驶路径前方进行探障。传感器感知模块由三个红外接近开关传感器形成120度角安装于自主车正前方离地5. 5cm左右位置，将安全探障距离设置在15cm至20cm，可以防止消防自主车速度过快撞到障碍物，且有足够的空间供自主车转弯。三路红外接近开关传感器已经可以实现对前方一般障碍物和“ Λ ”形角的探测和避障，并运用左序遍历算法，采用向左转弯避开障碍物；若左方仍有障碍物，继续左优先转弯避开障碍物，直至避开障碍。当红外接近开关传感器探测到前方有障碍物时向单片机输入低电平，此时单片机改变输出的PWM波占空比来调节自主车的转弯角度。(4)设计消防自主车火焰探测模块安装于自主车两侧中间离地8. 5至9. 5cm左右处。火焰探测模块共有四个远红外火焰传感器，分为两组，每组由一个“远视探测器”和一个“近视探测器”组成。远红外火焰传感器可以通过调节电位器来调节探测火焰的距离，最远 距离可以达100cm。将探测距离设置在60cm左右的远红外火焰传感器称为“远视探测器”，将探测距离设置在20cm左右的远红外火焰传感器称为“近视探测器”。为了提高远红外火焰传感器的探测精度，在每个远红外火焰传感器的红外探头四周包围一圈铝合金。由于通过调节电位计来设置的探测火焰距离存在近距离探测死区，因此在“近视探测器”上包裹一层黑色透明塑料，即可将探测距离设置在20cm左右。远红外火焰传感器探测到火焰时输出低电平，通过判断四个远红外火焰传感器的输出电平值可以确定火源的大致位置，经过控制核心单片机的作用，驱动消防自主车向目标火源运动。(5)设计消防自主车灭火模块由小型直流电风扇、干粉装置以及一个“近视探测器”构成。考虑自主车重心尽可能在几何中心处，小型直流电风扇垂直悬挂于距自主车后方约5cm、离地约12cm上空；干粉装置为一个四周有许多小孔的底面直径为3cm、高2cm的圆柱形容器，内装有干粉；将干粉装置通过软铁丝悬挂于风扇正下方2cm处；灭火时启动直流电风扇，将带动干粉装置旋转，离心力的作用使干粉洒落在下方的目标火源上，目标火源与干粉发生化学反应，火焰变小，同时火源仍在电风扇的作用下，从而到达灭火的效果；“近视探测器”安装于消防自主车后方离地9. 5m左右处检测火源是否被扑灭，该“近视探测器”的探测距离约为5cm。消防自主车探测到火焰后，以“倒车”的方式靠近目标火源。消防自主车通过检测灭火模块中“近视探测器”的输出电平，可以控制自主车停止于目标火源前方约5cm处，并启动直流电风扇5秒钟。如果5秒内火源被扑灭，自主车将寻找下一个火源，如果5秒内火源未被扑灭，将发出蜂鸣报警声提醒消防人员，然后再寻找下一个火源。消防自主车运动由STC89C52RC单片机的Pl. O和Pl. I两个接口分别输出不同占空比的PWM波控制连接左右轮子的两个360度舵机的正反转和舵机转速，该舵机型号为HG-3M伺服舵机。Pl. O接口连左侧舵机，Pl. I接口连右侧舵机。Pl. O和Pl. I两个接口输出的PWM波的低电平持续时间均为20ms，但高电平持续时间可变。PI. O接口输出PWM波高电平持续时间设置为I. 5ms时左侧舵机静止，当高电平持续时间设置大于I. 5ms时左侧电机向小车前方转动，当高电平持续时间设置小于I. 5ms时左侧电机向小车后方转动。Pl. I接口高电平持续时间设置为I. 5ms时右侧舵机静止，当高电平持续时间设置大于I. 5ms时右侧舵机向小车后方转动，当高电平持续时间设置小于I. 5ms时右侧电机向小车前方转动。当高电平持续时间与I. 5ms的差值绝对值越大时，舵机的转速将越大，在I. 3ms或I. 7ms时转速值将达到最大值约为50rpm至60rpm。因此分别设置Pl. O和Pl. I接口输出的两个PWM波的占空比即可改变舵机的旋转方向和转速，使自主车实现前进、后退和左右转，控制自主车的基本运动。系统流程如图4所示，由于本微型自主车结构简易且不是越障型自主车，所以对工作环境有一定的要求。首先需要在所工作的区域地面建立保护区域导航路径，导航路径可采用宽为3cm左右的黑色线，这种导向线的设置和识别技术是成熟的。建立起导航路径后，消防自主车即可在自主车运动模块的控制作用下沿着导航路径行驶。自主车运动模块由三路红外光电传感器的阵列作为寻迹传感器来跟踪导航路径，左侧寻迹传感器接单片机的PO. O 口，右侧寻迹传感器接单片机的PO. I 口，中间寻迹传感器接单片机的PO. 2 口。红外光电传感器进行路径跟踪的原理是黑色对红外线具有吸收作用，当传感器中发射器发出的红外线经过黑色路径时无法反射到接收器，此时红外光电传感器输出为高电平。三路寻迹传感器的具体控制状态如下表I所示表I三路寻迹传感器的具体控制状态表
权利要求
1.一种基于主动消防预警的自主车，其特征在于，包括车体、微处理器、行进系统、火源探测装置及灭火系统； 行进系统包括左轮、右轮、万向轮、3个红外避障传感器、两个用于分别控制左轮和右轮的360°舵机和3个用于识别导航路径的红外光电传感器，左轮、右轮和万向轮组成车体的支撑机构；红外光电传感器置于车体前方的底部；红外避障传感器设置在车体的前端，.360°舵机均受控于微处理器；红外避障传感器以及红外光电传感器均与微处理器连接； 火源探测装置包括4个远红外火焰传感器，分为探测距离不同的两组，每组中包含2个所述远红外火焰传感器，每组远红外火焰传感器中的两个远红外火焰传感器分设在车体的两侧；远红外火焰传感器均与微处理器连接； 灭火系统设置在车体后端，包括支架、电风扇、干粉灭火装置及火焰探测器；电风扇设置在支架上，且正面朝下；干粉灭火装置设置在电风扇正下方，干粉灭火装置为一个内装灭火粉体的外壁设有多个通孔的中空圆柱体，干粉灭火装置与电风扇同轴旋转；火焰探测器设置在车体上，火焰探测器与微处理器连接，电风扇受控于微处理器火焰探测器也采用前述的远红外火焰传感器，设置为较近的探测距离。
2.根据权利要求I所述的基于主动消防预警的自主车，其特征在于，远红外火焰传感器的信号输出端通过放大电路与微处理器的IO端口相连；放大电路中，传感器的信号输出端经第一电阻(R4)接运算放大器的正输入端，运算放大器的正输入端与运算放大器的输出端之间跨接有第二电阻(R1)，运算放大器的负输入端接电位器(R6)的输出端，电位器(R6)设置在直流电源正极与地之间。
3.根据权利要求I所述的基于主动消防预警的自主车，其特征在于，3个红外光电传感器分别设置于车体前方的底部的左侧、正中和右侧，红外避障传感器分别设置在车体的前端的左侧、正中和右侧。
全文摘要
本发明公开了一种基于主动消防预警的自主车，包括车体、微处理器、行进系统、火源探测装置及灭火系统；行进系统包括左轮、右轮、万向轮、3个红外避障传感器、两个用于分别控制左轮和右轮的360°舵机和3个用于识别导航路径的红外光电传感器；红外避障传感器以及红外光电传感器均与微处理器连接；火源探测装置包括4个远红外火焰传感器；灭火系统设置在车体后端，包括支架、电风扇、干粉灭火装置及火焰探测器。系统具有成本低廉、自主性强、实时性好、体积小特点，适于群体微型自主车作业，优化消防人力投入。本发明可用于楼宇自动化、社区、仓库等火灾防治领域。
文档编号A62C27/00GK102716562SQ20121020964
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者余伶俐, 周开军, 周鲜成 申请人:湖南商学院
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