基于UWB定位技術的消防巡檢機器人系統分析

方芳　靳作寶　賀麟　李史玉　徐佳宇　盧海康

摘? 要：隨著社會的發展以及科技水平的不斷提高，“智慧消防”的技術在防火監督業務工作上發揮著事半功倍的作用。該項目對“智慧消防”課題開展研究，針對我國火災防控體系還不夠完善，智能化程度較低，且各地分散研發應用，沒有統一標準這一現象，該文設計了一款基于UWB定位技術的消防巡檢機器人系統，系統根據用戶指定的路線通過算法進行路線識別和位置識別，自主精確循跡。用戶可以通過藍牙對系統進行參數設置以及運動控制，從而增強其實用性。

關鍵詞：UWB定位? 紅外熱成像? zigbee無線通訊? 智慧消防

中圖分類號：TN925 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（b）-0012-02

國際上最早開展消防機器人研究的是美國和前蘇聯，稍后，英國、日本、法國、德國等國家也紛紛開始研究該類技術。目前已有很多種不同功能的消防機器人用于救災現場。我國在近些年來“智慧消防”的研究與推廣中也取得了豐碩成果，確立了自上而下的“一庫三網”體系建設框架。

該控制系統以MK60N512VMD100為主控芯片，操作員利用Zigbee無線通訊技術，實現對機器人的控制。車載紅外熱像儀通過圖傳模塊將采集到的視頻信息發送給上位機進行顯示處理。UWB模塊定位目標物體位置，進行自主循跡。實現全智能化預防火災，減小火情。極大程度上降低了消防工作所需要的人力物力。并能夠根據采集到的視頻信息及時采取有效的救護措施。

1? 系統整體設計

整個控制系統主要包括了UWB定位模塊，紅外熱像儀測溫模塊，ZigBee無線通訊模塊，圖傳模塊，消防滅火機構5部分組成，其中Zigbee和圖傳模塊實現上下位機的交互，UWB和紅外熱像儀分別實現定位和監控。

2? 系統硬件設計

2.1 動力結構設計

為了更好的適應周圍路況環境，選用了履帶式輪系結構，加大了輪子與地面的接觸面積，增大了對地面的附著力。具有良好的通過性，可以適用于多種惡劣的路面情況。應用范圍廣。

2.2 主控電路設計

主控電路主要由主控芯片、顯示模塊、電機驅動、電源穩壓、按鍵調試電路等組成。電源輸入7.2V電壓，其中主控芯片選用恩智浦公司生產的MK60N512VMD100，144引腳的有多達100多個IO口，支持ADC采集、UART串口發送、定時器、flash存儲、PWM輸出等強大功能。還有豐富的外設模塊可以使用。

3? 系統軟件設計

3.1 UWB定位算法設計分析

UWB是一種無線射頻信號。UWB發射極短的脈沖，瞬間脈沖有著急劇的波峰波谷，因此信號發射的起止時間更容易測量。這意味著兩個UWB設備之間的距離可以通過測量電波在設備之間傳輸所用時間精確，相比于信號強度估計距離更精確的距離。本文選用了TDOA定位算法，這種定位方法不需要基站與定位標簽時間同步，只需要保持參考節點之間同步。在實際應用中更容易實現，成本也相對較低。

3.2 下位機軟件設計

下位機控制流程如圖3所示，整個控制分為3個中斷，其中包括1個定時器中斷2個串口中斷。首先進行初始化，每隔10ms對電機進行一次控制量輸出，同時等待接收上位機發來的控制信號以及UWB發送的位置數據

3.3 上位機軟件設計

上位機工作流程如圖4所示，首先對各模塊進行初始化，建立攝像頭和串口的連接，直至連接成功后判斷是否接收到操作員的控制信號，如果有則將控制信號發給下位機，此時上位機還會通過藍牙接收zigbee發來的數據解析、存儲并顯示到界面。

4? 結語

該文設計的智能消防巡檢機器人系統解決了消防工作所需要的大量人力物力的問題，還可以代替倉庫、工廠、小區等巡邏安保人員，對所檢測的環境進行實時監控并通過紅外熱像儀對周圍環境進行熱量分析，達到火災預防的目的。下位機通過Zigbee進行無線通信，傳輸距離遠且功耗低，大大提高了機器人的靈活性。同時履帶式的輪系結構具有良好的通過性，可以適用于多種惡劣的路面情況。

參考文獻

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