CN102765085B - 绿色烟头自动熄灭收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绿色烟头自动熄灭收集装置，包括移动底盘模块、烟头探测模块、烟头处理模块、控制模块、电机模块。移动底盘模块处于装置底层，其内部安装有电机模块，位于移动底盘模块上面的中层内装有火焰探测模块和控制模块，上层装有烟头处理模块；其中，火焰探测模块、烟头处理模块和电机模块分别与控制模块连接，控制模块用于传输信息指示传感器模块、烟头处理模块和电机模块的运行。本发明具有节约能源消耗、快速寻找烟头、准确定位烟头、烟头回收处理等能力和独特的型体设计方案等优点。由于考虑到其独特形体设计、移动底盘设计、寻找和处理烟头设计，提高了烟头处理效率和效果。

Description

绿色烟头自动熄灭收集装置

技术领域

本发明涉及一种烟头自动熄灭收集装置，尤其是一种应用于未禁烟场所或易燃易爆区域的烟头自动熄灭收集装置。

背景技术

中国是世界上最大的卷烟生产国和消费国。全国共有29436万人吸烟，吸烟人口约占全国总人口的24.53%，由于吸烟人数多，分布面广，烟头虽是个不大的火源，但稍有不慎就能酿成火灾，甚至发生爆炸事故。而我国许多重大、特大火灾都是由于吸烟引起的。这些事故给人们带来的是生命和经济财产的损失，以及人力、物力资源的浪费。那么，如何减少由于烟头引起的火患，如何找到烟头，如何正确地处理烟头，这些就是我们目前要解决的问题。目前普通的灭火装置一般以电力或矿物燃料为动力源，要长时间运作耗费动力源十分大；其灭火是以供水为主，十分浪费水资源。

发明内容

    本发明是要提供是一种绿色烟头自动熄灭收集装置，该装置具有节能、减排、预警等特点，用于处理目前因随意丢弃燃着的烟头所引起危害的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种绿色烟头自动熄灭收集装置，包括移动底盘模块、烟头探测模块、烟头处理模块、控制模块、电机模块，其特点是：移动底盘模块处于装置底层，其内部安装有电机模块，位于移动底盘模块上面的中层内装有火焰传感器和控制模块，上层装有烟头处理模块；其中，火焰传感器、烟头处理模块和电机模块分别与控制模块连接，控制模块用于传输信息指示传感器模块、烟头处理模块和电机模块的运行。

移动底盘模块包括圆形底盘、驱动轮、万向轮、电机模块、电机回馈再生电能变换器、红外避障传感器，圆形底盘两侧各装有一个驱动轮，前后各装一个万向轮，驱动轮与电机模块相连，并安装有用于控制本装置行径避障的多角度的红外避障传感器，制动电机回馈再生电能变换器与控制模块连接。

火焰探测模块包括火焰传感器、离子烟雾传感器和控制模块，若干个火焰传感器以环状均匀布置，用于360°全方位探测火焰，若干个火焰传感器中间放置烟雾传感器，用于探测由烟头产生的烟雾。

烟头处理模块包括喷射装置、机械臂、机械手，喷射装置与控制模块连接，其喷嘴口的指向与安置于圆形底盘前方下端的另一火焰传感器指向一致，喷射管与喷水马达、烟头熄灭剂容器相连，烟头熄灭剂容器放置于上层后方；机械臂置于装置顶端，机械臂末端装有机械手，机械手上安装有通过色差来识别烟头的视觉传感器。

控制模块包括驱动模块、避障模块、探测模块、预警模块，其中：

驱动模块包括太阳能电池板和充放式锂电池，太阳能电池板放置在壳体外后方，其下方安置充放式锂电池，并通过电机控制板分别与喷射装置中的喷水马达和两个电机模块连接；

避障模块包含红外避障传感器，当红外避障传感器探测到障碍物时，向控制模块反馈信号，经过控制模块的CPU处理分析后，将控制信号输出给驱动模块，使本装置通过前进、转弯、后退来避开障碍物；

烟头探测模块包含离子烟雾传感器和火焰传感器，当火焰传感器探测到火源且离子烟雾传感器同时感应到烟雾时，向控制模块反馈信号，经过CPU处理分析，并将控制信号输出给烟头处理模块，用于确定探测物是否为未熄灭烟头；

预警模块包含通讯系统和GPS系统，火源预警和火源具体位置信号通过通讯系统送至监控室，监控室通过GPS接收获取火源具体方位，并传送至最近消防局。

本发明的有益效果是：本发明主要用于设计一款易于被人们接受，在日常生活中可提供在公共场所使用，能及时发现未熄灭的烟头并对其进行熄灭回收处理，减少因随意丢弃烟头引起的火灾所造成的危害。本发明传承与改进了传统的灭火机器人，将其设计成能够探测烟头并将烟头及时熄灭和回收处理的灭烟头装置。本发明扩大了烟头探测范围，增强了电能使用效率，减少了烟头对环境的污染。一物多功能，在响应节能减排的基础上，使生活更加安全。其适用于餐厅、商务楼、工厂等某些未禁烟的公共场所或易燃易爆区域。该装置能够实现自动搜索、快速定位、有效回收及处理等功能。

本发明与现有装置比较，本发明的绿色烟头自动熄灭收集装置具有节约能源消耗、快速寻找烟头、准确定位烟头、烟头回收处理等能力和独特的型体设计方案等优点。由于考虑到其独特形体设计、移动底盘设计、寻找和处理烟头设计，提高了烟头处理效率和效果。

附图说明

图1是本发明的结构立体示意图；

图2是移动底盘模块立体图；

图3是圆形底盘内部安装示意图；

图4是红外避障传感器立体图;

图5是火焰传感器立体图;

图6是烟雾传感器立体图。

具体实施方式

下面结合附图与实例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的绿色烟头自动熄灭收集装置机构，主要设计分为三层，包括移动底盘模块2、烟头探测模块1、烟头处理模块5、控制模块11、电机模块13等。

移动底盘模块2处于装置底层，其内部安装有电机模块13，位于移动底盘模块2上面的中层内装有火焰传感器15和控制模块11，上层装有烟头处理模块5；其中，火焰传感器15、烟头处理模块5和电机模块13分别与控制模块11连接，控制模块11用于传输信息指示传感器模块、烟头处理模块5和电机模块13的运行。

如图2所示，移动底盘模块2包括圆形底盘9、驱动轮4、万向轮3、电机模块13、电机回馈再生电能变换器12、红外避障传感器14、充电式锂电池和太阳能电池板等。圆形底盘9两侧各装有一个驱动轮4，驱动轮4与电机模块13之间通过电磁离合器相连，并安装有用于控制本装置行径避障的多角度的红外避障传感器14，制动电机回馈再生电能变换器12与控制模块11连接。圆形底盘9前后各装一个万向轮3，可确保底盘稳定行走。圆形底盘9后方设计有散热孔10，防止电池、控制板、电机等在使用过程中过热造成损耗。

充电式锂电池与太阳能电池板有两路开关，平时使用12V太阳能电池板提供电源，当太阳不充足时，选择另一路充电式锂电池供电，其电压输出为12V；所述电机回馈再生电能变换器与电机连接将电机制动回馈能量，等同于一个小型发电机，可实现电能再利用；所述电机模块采用双电机正、反转动控制本装置前进、后退、旋转等动作。

移动底盘模块2采用轮式的移动方式，较比于履带、足式等其他移动方式，轮式具有较大的优势，其具有速度快、运行稳定、转弯半径小等特点。底盘设计为圆形底盘9结构，通过两个驱动轮4控制行径，并由两个万向轮3保持装置平衡，增加了该装置的自由度和速度。

如图3所示，圆形底盘9内部安装有控制模块11、电机回馈再生电能变换器12等。控制模块11分别与制动电机回馈再生电能变换器12和电机模块13连接，用于控制制动电机回馈再生电能变换器12和电机模块13。

烟头探测模块1包括火焰传感器15、离子烟雾传感器16和控制模块11等。若干个火焰传感器15以环状均匀布置，用于360°全方位探测火焰，若干个火焰传感器15中间放置烟雾传感器16，用于探测由烟头产生的烟雾。

当一方火焰传感器探测到烟头火源时，控制模块11控制装置驱动转向，将装置正前方转至面向此烟头火源方向，通过安置于圆形底盘前方下端的另一火焰传感器15，确定是否启动喷射装置。在火焰传感器15探测火源时，离子烟雾传感器16通过感应烟头产生的烟雾将辅助其正确探测到烟头火源。

如图4所示，红外避障传感器14为一种集发射与接收于一体的光电传感器，遇到障碍物时，反射回来，一体化接收反射信号并解调，若有障碍物，则OUT脚输出0，否则1。检测距离可以根据要求进行调节具有探测距离远、受可见光干扰小的特点。圆形底盘9以水平环形安置多个红外避障传感器14，可快速躲避周围障碍物。

如图5所示，火焰传感器15，能够探测到波长在700nm—1000nm范围内的红外光，探测角度为60。火焰传感器15的远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A／D转换器反映为O～255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；反之则越大。多个火焰传感器15以环状安置同时工作，达到360°全方位探测烟头火源的效果。

如图6所示，离子烟雾传感器6，当燃烧物释放出大量的颗粒随自然风流散入离子烟雾传感器6，颗粒随螺旋上升的气流进入检测电离室，与室内的正负离子中和，在中间电极产生一个与被测烟雾浓度呈正比的电压变化增量。离子烟雾传感器16至于该层中间，该层与上层之间留有一定距离空隙，以便附近未熄灭烟头所产生的烟雾可进入该层，使离子烟雾传感器16感应到烟头产生的烟雾。

烟头处理模块5包括喷射装置6、机械臂7、机械手8，喷射装置6与控制模块11连接，其喷嘴口的指向与安置于圆形底盘前方下端的另一火焰传感器15指向一致，喷射管与喷水马达、烟头熄灭剂容器相连，烟头熄灭剂容器放置于上层后方；机械臂7置于装置顶端，固定部分通过铰连接与其本体相连，转动部分由连杆构成，每关节处配有一个舵机，机械臂7末端装有机械手8，机械手8上安装有通过色差来识别烟头的视觉传感器。

机械手8部分由一个舵机控制两只机械爪开合，两只机械爪为曲柄连杆机构，其末端分别为直齿轮，左爪末端的齿轮为主动轮，右爪末端的齿轮为从动轮，舵机装于主动轮上，通过舵机的正反转以及齿轮传动来实现机械手的开合。机械臂7和视觉传感器相结合的方式锁定烟头并采集，在烟头熄灭之后，通过机械臂7进行拾取工作。工作时，装置调整至机械臂7可触及范围内，机械臂7每关节处配有一个舵机，通过转动控制机械手8位置直至靠近烟头。为确保拾取的准确度，机械手8上安装有视觉传感器，通过色差来识别烟头。

烟头熄灭剂其主要成份是硅酸钾、高吸水树脂和水。考虑到该熄灭剂具有无毒、无味、无色，粘合性、不燃、不爆等性质。硅酸钾具有粘附性，可吸附于火源表面，从而减少火源与空气接触；高吸水性树脂与水混合半小时内生成吸水凝胶，可吸附在物体表面形成膜，隔绝空气，同时水会消耗大量热降低着火点，具有极强的防火和灭火性能，相较于使用水，则更加安全、环保、节约。

控制模块11主要由电源模块、驱动模块、避障模块、探测模块、预警模块组成。控制模块11硬件方面采用Arduino开发原始代码的Simple i/o 平台，使用C语言的开发环境。采用一块主控制板、传感器扩展板和两路电机控制板，进行连接控制。其中共使用多个火焰传感器15、一个离子烟雾传感器16、一个视觉传感器、一个机械臂7，连接单片机数字量输出口；两路电机控制板分别与喷水泵和两个电机模块13连接，以控制其工作。

供电设计为安置两个开关主要以12V太阳能电池板供电为主，在阳光不充足的情况下使用12V充电式锂电池供电。使用该两路电源对装置实行有效供电，供电系统的位置设置在移动底盘中间。

驱动模块包括太阳能电池板及充放式锂电池，太阳能电池板放置在壳体外后方，其下方安置充放式锂电池，对单片机进行供电，单片机输出使能信号与PWM信号通过两个电极驱动模块对电机的方向和速度进行控制；

避障模块包含红外避障传感器14，通过安置多个红外避障传感器14，当传感器探测到障碍物时，向控制模块11反馈信号，经过控制模块11的CPU处理分析后，将控制信号输出给本装置，确定前方是否有障碍物及障碍物的位置使其通过进行前进、转弯、后退等行动来避开障碍物。

探测模块包含离子烟雾传感器16和火焰传感器15，采用火焰传感器15与离子式烟雾传感器16有机结合的方式。当火焰传感器15探测到火源且离子烟雾传感器16同时感应到烟雾时，向控制模块反馈信号，经过CPU处理分析，将控制信号输出给本装置，确定探测物是否为未熄灭烟头。

预警模块包含通讯系统和GPS系统，利用通讯系统和GPS系统传输预警信息。当火势过大时启动该系统，其判断依据为：本装置收到灭火指令三十秒后仍然引发三个以上（包含三个）火焰探测器感应到火源，则启动预警模式。将信息（即预警和火源具体位置）传送至监控室，控制室确定通过GPS接收系统获取火源具体方位，再由控制室选送信息至最近消防局。

Claims (3)

1.一种绿色烟头自动熄灭收集装置，包括移动底盘模块（2）、包含有烟头探测模块（1）的控制模块（11），其特征在于：所述移动底盘模块（2）处于装置底层，其内部安装有两个电机模块（13），所述移动底盘模块（2）上面的中层内装有控制模块（11），所述装置的上层装有烟头处理模块（5）；其中，烟头探测模块（1）、烟头处理模块（5）和两个电机模块（13）分别与控制模块（11）连接，控制模块（11）用于传输信息至烟头探测模块（1）、烟头处理模块（5）和两个电机模块（13），并指示烟头探测模块（1）、烟头处理模块（5）和两个电机模块（13）运行；所述移动底盘模块（2）包括圆形底盘（9）、驱动轮（4）、万向轮（3）、制动电机回馈再生电能变换器（12），所述圆形底盘（9）两侧各装有一个驱动轮（4），前后各装一个万向轮（3），所述的驱动轮（4）与电机模块（13）相连，所述装置安装有用于控制本装置行径避障的多角度的红外避障传感器（14），控制模块（11）与制动电机回馈再生电能变换器（12）连接，用于控制制动电机回馈再生电能变换器（12）。

2.根据权利要求1所述的绿色烟头自动熄灭收集装置，其特征在于：所述烟头探测模块（1）包括多个火焰传感器（15）和离子烟雾传感器（16），所述多个火焰传感器（15）以环状均匀布置，用于360°全方位探测火焰，多个火焰传感器（15）中间放置离子烟雾传感器（16），用于探测由烟头产生的烟雾。

3.根据权利要求1所述的绿色烟头自动熄灭收集装置，其特征在于：所述包含有烟头探测模块（1）的控制模块（11）还包括驱动模块、避障模块、预警模块，其中：

所述驱动模块包括太阳能电池板和充放式锂电池，太阳能电池板放置在收集装置壳体外后方，其下方安置充放式锂电池，并通过电机控制板分别与喷射装置（6）中的喷水马达和两个电机模块（13）连接；

所述避障模块包含所述红外避障传感器（14），当所述红外避障传感器（14）探测到障碍物时，向控制模块（11）反馈信号，经过控制模块的CPU处理分析后，将控制信号输出给驱动模块，使本装置通过前进、转弯、后退来避开障碍物；

所述烟头探测模块（1）包含离子烟雾传感器（16）和火焰传感器（15），当火焰传感器（15）探测到火源且离子烟雾传感器（16）同时感应到烟雾时，向控制模块（11）反馈信号，经过CPU处理分析，并将控制信号输出给烟头处理模块（5），用于确定探测物是否为未熄灭烟头； 

所述预警模块包含通讯系统和GPS系统，火源预警和火源具体位置信号通过通讯系统送至监控室，监控室通过GPS系统接收获取火源具体方位，并传送至最近消防局。