基于家居安全背景下智能機(jī)器人多傳感器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

袁孟豪

【摘要】在家居環(huán)境中，由于電氣化水平相對(duì)較高，比較容易誘發(fā)火情。針對(duì)家居消防安全，采用多傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)了智能機(jī)器人，通過(guò)對(duì)其總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)，可以保證機(jī)器人對(duì)火情的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且將火情信息發(fā)送給戶主，從而可以在第一時(shí)間應(yīng)對(duì)火情，降低災(zāi)害帶來(lái)的影響。【關(guān)鍵詞】家居智能機(jī)器人多傳感器隨著科技的不斷發(fā)展，智能家居機(jī)器人已經(jīng)逐漸融入人們的生活，提升了智能家居水平。然而在常規(guī)家居環(huán)境中，人們過(guò)于追求電氣化的享受，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生率較高。因此，探究智能機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能家居技術(shù)具有重要的意義。一、智能機(jī)器人總體設(shè)計(jì)在智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，采用四輪驅(qū)動(dòng)的方式，保證室內(nèi)巡航功能、防火報(bào)警功能以及簡(jiǎn)單處理火情。在機(jī)器人的預(yù)警系統(tǒng)中，采用煙霧傳感器、瓦斯檢測(cè)傳感器以及火焰?zhèn)鞲衅鳎诎l(fā)現(xiàn)火源后，機(jī)器人會(huì)將信息發(fā)送給用戶，并且用戶可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制的方式來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單操作，以此來(lái)降低火情帶來(lái)的危害，多傳感器智能機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1所示。二、硬件設(shè)計(jì)1.電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)在智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，需要對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)中，智能家居機(jī)器人采用四輪驅(qū)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)4個(gè)電機(jī)，由單片機(jī)行正反轉(zhuǎn)控制，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，STC RX32單片機(jī)僅僅支持2路電機(jī)，且接入到驅(qū)動(dòng)板上，外接電路通過(guò)L298與驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行連接，其具體電機(jī)驅(qū)動(dòng)情況如圖2所示。2.供電電路設(shè)計(jì)。在智能機(jī)器人的供電電路設(shè)計(jì)中，需要采用變壓器降壓設(shè)計(jì)方式，且運(yùn)用7805芯片設(shè)計(jì)的5V電源，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電容C需要根據(jù)負(fù)載的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行確認(rèn)。并且電容越大，輸出電壓較為穩(wěn)定。同時(shí)在電容的設(shè)計(jì)中，需要保證耐電壓數(shù)值達(dá)到25V以上。同時(shí)在電路的設(shè)計(jì)中，需要保證電路接地。3.GSM報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，采用無(wú)線通信模式，需要設(shè)計(jì)無(wú)線通信模塊，通信方式通過(guò)RS接口的管腳進(jìn)行連接，在使用過(guò)程中，通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)來(lái)確定火情，同時(shí)在檢測(cè)的過(guò)程中，要與火焰保持一定的距離，避免對(duì)傳感器造成一定的損害，并且傳感器的接口與單片機(jī)I/O接口連接。在沒(méi)有煙霧以及火情的情況下，傳感器的阻值約為20KΩ左右，但是在煙霧或者火情的情況下愛(ài)，阻值呈現(xiàn)高速下降的趨勢(shì)，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大而達(dá)到傳輸信號(hào)的目的。4.驅(qū)動(dòng)板WIFI系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)。在智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)板的WIFI進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便達(dá)到無(wú)線操作的功能，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，其包含了電機(jī)輸入接口、攝像頭模塊以及USB模塊，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳感器的信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)達(dá)到與主機(jī)連接的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)火情的實(shí)時(shí)監(jiān)控。三、軟件設(shè)計(jì)1.總體規(guī)劃。在對(duì)智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，需要對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，因而需要對(duì)其進(jìn)行總體規(guī)劃。軟件總體設(shè)計(jì)包括報(bào)警以及控制模式。報(bào)警模式是通過(guò)檢測(cè)火情以及煙霧的方式來(lái)進(jìn)行工作，通過(guò)GSM報(bào)警系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。其具體規(guī)劃如圖3所示。從圖3的軟件流程圖中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，小車會(huì)自動(dòng)行走，在未發(fā)現(xiàn)火情或者煙霧的情況下，小車會(huì)持續(xù)的自動(dòng)行走，然而在發(fā)現(xiàn)火情以及煙霧的情況下，小車會(huì)通過(guò)單片機(jī)，向GSM報(bào)警系統(tǒng)發(fā)送信息，最終傳遞給用戶。2.火焰?zhèn)鞲衅鳌Ｔ诨鹧鎮(zhèn)鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)中，其是智能機(jī)器人的核心組成部分，需要通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅鱽?lái)感受火情，并且發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，在運(yùn)行過(guò)程中，首先要對(duì)火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度進(jìn)行設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)到較高的接收范圍，將傳感器置于機(jī)器人前方，在連接過(guò)程中，通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅鞯囊_，將其接入到單片機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，以此來(lái)達(dá)到火情檢測(cè)的目的。四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，按照二室一廳的格局設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用機(jī)器人進(jìn)行明火檢測(cè)，在房間1中布置煙霧，在房間2設(shè)計(jì)可燃物，在房間3設(shè)計(jì)障礙物，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，對(duì)智能機(jī)器人的各項(xiàng)功能進(jìn)行檢測(cè)，以便確保其合理的功能。1.巡航及躲避障礙物實(shí)驗(yàn)。在家居智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，對(duì)其巡航以及對(duì)比障礙物的能力進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，智能機(jī)器人可以在各個(gè)房間進(jìn)行巡航，達(dá)到探測(cè)的目的，同時(shí)在房間3具有障礙物，機(jī)器人在巡航房間3的過(guò)程中，會(huì)通過(guò)紅外傳感技術(shù)來(lái)躲避障礙物，之后繼續(xù)巡航，達(dá)到檢測(cè)的目的。2.信號(hào)預(yù)警。在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)智能機(jī)器人的信號(hào)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定其信號(hào)預(yù)警的相關(guān)功能，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于煙霧信號(hào)預(yù)警體系，機(jī)器人在巡航到房間1的過(guò)程中，在發(fā)現(xiàn)煙霧時(shí)，會(huì)通過(guò)煙霧傳感器進(jìn)行信號(hào)報(bào)警，并且發(fā)送信息到用戶手機(jī)。在房間2遇到可燃物時(shí)，系統(tǒng)同樣會(huì)警報(bào)紅燈，通過(guò)GSM系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信息，用戶通過(guò)相應(yīng)的接收裝備。3.滅火。在機(jī)器人的測(cè)試中，當(dāng)用戶接收相應(yīng)的報(bào)警信息后，會(huì)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，要求機(jī)器人停止巡航功能，通過(guò)手動(dòng)方式控制機(jī)器人的運(yùn)行方位，調(diào)節(jié)滅火裝置，達(dá)到滅火的目的。參考文獻(xiàn)：[1]馬玉娟，楊國(guó)華，衛(wèi)寧波.基于ARM-LabVIEW的家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2015，（11） ：108-112.[2]張毅，張磊，楊楊.基于智能手機(jī)控制的家居服務(wù)機(jī)器人研發(fā)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2013，（01） ：34-38.[3]楊駿愷.基于智能家居系統(tǒng)的普及型移動(dòng)環(huán)境檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)[J].電子世界，2011，（14） ：35-37.endprint