嵌入式大作业-轮式灭火机器人系统设计参考.doc

小组成绩 小组成员 个人成绩 姓名 学号 评语 清楚描述轮式灭火机器人应用的场合，以及机器人的主要功能: 近年来，随着城市进程大大加快，城市越来越拥挤，不可避免的因为一些消防意识的淡薄而引发火灾，火灾危险性较大，发生火灾有毒气浓度高，火灾扑灭难度大等困难，尤其在可燃物，易燃物集中，客流量大的商场，发生火灾时，火势蔓延快，人员疏散困难，如果不能及时控制火势，后果将不堪设想。所以灭火机器人应运而生。 灭火机器人基本功能主要包括以下几点： 移动功能。这是移动机器人的基本功能，要求机器人能够靠近火灾现场。 消防功能。这是机器人的主要功能。机器人在进入灭火射程时，根据遥控指令或者自身传感器的信息能够喷射灭火剂进行灭火。 观察功能。这是消防人员了解火灾现场集体情况，有效组织消防对策，利用灭火机器人进行灭火的辅助功能。在接近货源和进行灭火作业的过程中，凭借防止在灭火器本体前部和消防水枪伺服平台上的两台摄像机，消防人员可以根据火灾现场的实际情况最佳灭火方法。 自我保护功能。这是灭火机器人可靠完成其灭火功能的附加功能。一般来说，火灾现场较为复杂，灭火机器人在进行灭火作业时会遇到意想不到的情况。地下商场机器人可以根据内部温度启动冷却功能，并对冷却强度进行调整，机器人外壳能够承受住某些坚硬物体的撞击，当碰到影响灭火和危机自身安全的意外情况时能够发出相应的报警信号。 探测功能。消防机器人可以根据需要采集火灾现场的各项数据（如火场温度，辐射强度，有毒气体的种类及浓度）并能够对数据进行记录或者处理。 通讯功能。为使灭火机器人可靠完成上述功能而设置的必要功能。主要用于发布遥控指令，回传摄像机的视屏信号和现场采集的数据。 二．根据灭火机器人的作业场合，结合我们所能达到的技术，所设计的灭火机器人需要达到的性能指标如下表所示。 最大移动速度 30m/min 最大可靠通讯距离 250m 灭火级别（自备灭火剂） 21A 灭火剂最大充装量 25Kg 控制燃烧面积（单支水枪） 100m2 最大连续工作时间 1h 最大灭火半径 自带灭火剂喷枪 8m 外接消防水枪 25m 喷枪工作角 水平 0—360 俯仰 -10—+45 最大外形尺寸（长*宽*高） 1200mm*800mm*600mm 最大重量 180Kg 所需传感器及其用途包括:红外发射传感器（6个），红外接受传感（6个），声音传感器（1个），远红外火焰传感器（前后各7个），地面灰度传感器（1个）。除此之外，还需要一个灭火风扇，其中红外发射和接收传感器的配合使用可以使机器人自动避障行走。远红外火焰传感器可以检测光的强弱，用于判断房间是否有火以及趋光灭火。声音传感器用于启动。基于实践，风扇灭火更为可靠，所以选用风扇灭火。 三．总体结构及工作原理 在灭火机器人系统中，首先要解决的是定位问题，故需要一个好的定位方案。所以核心需要给传感器留足够的输入接口，同时也要有足够的输入接口用于控制外设。而速度对灭火机器人至关重要，在高速运动的情况下，需要CPU具有比较强的浮点数运算能力。基于上述考虑，ARM9作为灭火机器人控制核心是很好的选择。这个控制器硬件功能几齐全，功耗小，周边设备集成度高，是先进的智能机器人计算平台。它与其他的主要部件如下所示，系统总体框架如下。 图1-1 灭火机器人结构图 表1-1 器件名称 英文名 厂家 说明 同步收发快速辅助存储器-主芯片 STR911FAM44 ST ARM966E-STM 16/32位FLASH MCU，带有以太网，USB,CAN,AC电机控制，4个计时器，ADC,RTC,DMA 微处理器 AVR-ATMEG A8-16PC ATMEL 32个8位通用工作寄存器，可编程FLASH,512B的E^2PROM,23个可编程的I/O口 串口电平转换芯片 MAX232AESE MAXIM 5V的供电，多通道RS232接口驱动器、接收器 液晶显示器 LCD UNIOHM 1．5A,硅整流 灭火机器人的总体结构 灭火机器人根据各部分完成的功能的不同，可以分为以下几个子系统：移动载体，传感系统，能源供给系统，灭火系统，冷却系统和控制系统，各个子系统完成的功能和组成如下： 移动载体 在轨迹受约束的行走方式中，导轨在同层地下商城基本上呈水平状态灭火机器人在移动过程中不存在越障问题，采用轮式移动机器人具有较大的优势。外壳应保证消防和冷却用水不能进入载体内部。 传感系统 包括温度传感器，摄像机及其附件，红外扫描系统等。传感器负责火情监测和自身状态监测，机器人根据传感器采集的信息确定下一步的动作。 灭火机器人两个侧面和内部各放一个温度传感器以检测载体内部和外部的温度，保证机器