基于单片机的实景火灾监控与智能灭火机器人系统

摘要：对于火灾，在我国古代，人们就总结出“防为上，救次之，戒为下”的经验。随着社会的不断发展，在社会财富日益增多的同时，容易诱发火灾的物品也在增多，因此火灾的危害性也越来越大，消防工作的重要性也就日益突出。

关键词：火灾监控系统；智能灭火机器人系统

一、概述

该装置由火灾监控系统和智能灭火机器人组成（如图1所示）。一旦火灾监控系统发现火源，灭火机器人立即自行启动，寻找并扑灭火源。同时，可将火灾现场的情况无线传输到远程PC机上。

图1 系统工作示意图

二、火灾监控系统硬件结构

火灾监控系统以STC公司的IAP15F2K61S2单片机作为主控芯片。该系统主要由火焰检测模块、LCD显示模块、无线传输模块和电源模块组成（图2所示）。

图2火灾监控系统的硬件结构

1.监控系统主控芯片

我们选择STC公司生产的IAP15F2K61S2芯片作为主控芯片。IAP15F2K61S2是STC公司生产的最新、最先进的一款单片机，它使用方便，可接许多外部设备，适用于该套智能系统的控制[1]。

2.火焰检测模块（LM393）

火焰检测模块主要由多块火焰传感器组成。将各个火焰传感器分布于所要监控的各房间，用来采集实时数据。

火焰传感器的特征：（1）尺寸：长30mm 宽10mm高 13mm（2）主要芯片：LM393、红外接收头（3）工作电压：直流3-5V（4）模块特点：1、具有信号输出指示。2、单路信号输出。3、输出有效信号为低电平。4、用于检测波长在760纳米～1100纳米范围内的热源5、探测角度达60度。6、电路板输出开关量，兼容性好，可直接接单片机。

3.LCD显示模块

该模块能够显示所监控空间的实时火灾情况。采用1602液晶显示器作为显示模块，因其字库数据丰富，使用方便，耗电量低。

4.无线传输模块

无线传输模块将各个传感器检测到的实时数据发送给机器人，以便其执行相应的动作。我们采用CC1101E无线传输模块作为监控系统与机器人通信的桥梁。CE1101E无线传输模块的频带范围为470-510MHz和950―960MHz，是很适合于该系统的低功耗无线传输。

三、灭火机器人的硬件结构

灭火机器人在接收到监控系统传来的火灾信号后，立即自行启动并去扑灭火焰，还能将火灾现场的视频信息通过无线WIFI模块实时传输到远程PC机上（结构如图3）[2]。

图3灭火机器人的硬件结构

1.实景灭火机器人物理设计

为了能让机器人能在真实的环境中达到灭火的目的，灭火机器人的骨架均由耐火材料制成，其长、宽约为0.5米，高约1米。采用干粉灭火器灭火，并采用大功率电机作为移动车轮。由于机器人体积和功率较大，故采用较高电压的电池作为供电系统。

2.无线传输模块

无线传输模块用来接收监控系统传回的实时火灾情况，根据实时数据执行下一步的动作。该模块采用与监控系统一致的CC1101E无线传输模块。

3.实时视频采集模块

实时视频采集模块由摄像头模块和WIFI模块组成。灭火机器人通过摄像头采集实时视频信号，然后通过WIFI模块将实时视频信号传输给远程PC机。[3]

4.智能灭火模块

该模块主要由机器人上的火焰检测模块和干粉灭火器模块组成。机器人上的火焰检测模块主要用来检测火焰和为机器人的姿态调整提供数据支持。干粉灭火器模块主要用来在机器人调整到合适的位置时扑灭火焰。灭火器可由CDS5516舵机控制开关。CDS5516舵机的特点：舵机的控制脉冲周期20ms，脉宽从0.5ms-2.5ms，分别对应-90度到+90度的位置

5.红外避障模块

采用红外传感器作为避障传感器。当有物体遮住传感器时，传感器返回给主控芯片的值为0；传感器检测不到物体时，返回值为1。其主要用来躲避障碍物，便于寻找火源。

四、总结

通过一系列测试，该系统有以下特点：（1）实景灭火机器人的启动由火灾监控系统发来的实时信号控制，反应速度快，不需要人为控制。（2）实景灭火机器的灭火喷头能自由移动来适应不同的火源位置。（3）实景灭火机器人使用灭火器来扑灭火源，能很好的适应各种情况造成的火灾。（4）机器人能传回火灾现场的实时画面，能让现场以外的人第一时间的看到火灾现场的视频画面。

该系统很好地保护了用户的财产与生命安全，并且该装置功耗小、制作成本低，因此具有广泛的应用性。

参考文献:

[1]李全利.单片机原理及接口技术[M].高等教育出版社.2009: 175-256

[2]张佐权.竞赛用灭火机器人智能优化技术的研究与实现[D].电子科技大学.2012: 13-19

[3]杜舰.基于视觉的火灾探测系统研究[D].大连海事大学.2013: 21-36

作者简介：

徐卓林（1993-12），男，汉，湖北天门，学生，本科在读，研究方向：无线通讯技术。