基于單片機滅火機器人的設計

王哲　孫洪超　張皖軍

摘要：以STM32F103T8B6單片機為核心處理器，設計了一款滅火機器人，完成硬件原理圖繪制，電路板的制作及程序的調試。實驗表明，設計的滅火機器人能準確尋找火源位置并成功滅火，在尋找火源位置的過程中實現避障功能，系統性能穩定達到預期效果。

關鍵詞： 機器人；滅火；避障

中圖分類號：TP242文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.10.004

0引言

最早的滅火機器人是日本東京消防廳 “彩虹5號”機器人，科技的進步伴隨智能化的提高，消防機器人也有了長足的的發展[1]。在分析消防機器人特點的基礎上，設計了基于STM32F103T8B6的滅火機器人，其具有一定的智能性，可通過檢測外部環境，沿指定路徑到達火場后快速準確找到火源，成功滅火。

1硬件設計

單片機具有計算機的基本功能是機器人控制系統的大腦和中樞神經。本設計由STM32F103T8B6單片機、電機驅動芯片、火焰傳感器模塊、循跡傳感器模塊和超聲波傳感器等組成。

STM32F103T8B6是一款常用的單片機，具有良好的性能，USB專用的48 MHz時鐘由內部主PLL直接產生[2]。下載芯片型號選用CH430G，其性能穩定且易于購買[3]。電源轉換芯片采用TPS5410和LM117，分別轉換為5 V和3.3 V供電控制系統、各路傳感器及驅動模塊。LM117的輸入電壓最大可以達到30 V左右，輸出電壓可以達到1.5～32 V，LM117的穩壓效果比較出色，不過在使用的時候要特別注意功耗問題和散熱問題。LM117一共有三個有效管腳，一個電壓輸入管腳一個電壓輸出管腳一個電壓調節管腳。輸入管腳輸入正電壓，輸出管腳接負載， 電壓調節引腳一個引腳接電阻在輸出引腳，另一個連接可調電阻并接地。輸入和輸出引腳對地要接濾波電容。TB6612FNG電機驅動芯片可同時驅動滅火機器人的兩個電機，控制滅火機器人的前進、轉彎等。TB6612FNG的邏輯電平采用3.3 V的直流電源，并在VCC電源輸入接01 μF的電容，在VM電源輸入端并聯一個0.1 μF的電容和10 μF的電解電容。以滅火機器人前進方向為正方向，在其正前方的中間位置安裝循跡傳感器模塊，從左至右依次命名為T1、T2、T3、T4。

火焰傳感器用于滅火機器人檢測火源位置，利用紅外線對火焰非常敏感的特點，特制紅外線接收管檢測火焰，將亮度轉化為電平信號傳遞主控芯片[4、5]。同樣以滅火機器人前進方向為正方向，在其左側、正前方和右側的位置分別安裝火焰傳感器模塊，依次命名為F1、F2、F3。

滅火裝置用5 V直流風扇并以TB6612控制，找到火源后，控制風扇熄滅火源。

2安裝調試

滅火機器人的安裝工作主要是對自己設計的電路板進行元器件的焊接，對滅火機器人的搭建和選擇合適的位置，對各個傳感器模塊進行安裝以及電源線、信號線、電機連接線的接線任務。硬件調試主要檢查焊接是否正確，串口通信是否正常。軟件調試主要實現以下功能：使開啟電源后滅火機器人直行，通過尋跡模塊判別規定路線并沿規定路線行走，進入房間尋找火源，熄滅火源后，退出房間。根據要求調試不斷調整傳感器位置，使控制效果最優。

3結論

本文設計了基于單片機的滅火機器人，通過檢測傳感器信號，判斷當前機器人周邊環境并進行不同的動作。采用PWM占空比調控機器人的電機速度，用速差控制機器人轉向。循跡傳感器模塊實現機器人沿設定路線尋跡，超聲波傳感器模塊實現機器人避障功能，火焰傳感器檢測火源位置后，打開滅火裝置滅火。通過室內環境模擬測試，設計的滅火機器人沿指定路線前進，可以快速的找到火源并準確滅火，可靠性高，抗干擾能力強，具有一定的應用價值。

參考文獻：

[1]張建中，李東民，張陟峰.轉臂式滅火機器人滅火技術研究與實現[J].現代制造工程，2010（7）：139.

[2]王瑞.智能滅火機器人的設計及制作研究[J].科技視界，2013（9）：92.

[3]李茜，杜剛，魏利卓，等. 智能滅火機器人的控制系統設計與實現[J].遼寧工業大學學報（自然科學版），2012（8）：227.

[4]胡曉軍，蔡蘭蓉，王英杰. 滅火機器人控制技術研究[J].微型機與應用，2014（8）：78.

[5]林小杰，吳凡. 滅火機器人競賽中火焰搜索路徑的設計與實現[J]. 浙江樹人大學學報（自然科學版），2014（3）：5.endprint