CN107899161A - 多智能体一致算法消防车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多智能体一致算法消防车，包括上位机、侦察车以及灭火车；所述上位机包括指令发送模块、传感器数据传输模块、视频实时传输模块和音频传输模块；所述侦察车包括WiFi模块、摄像头模块、传感器模块，电机模块、电源模块和单片机I；所述灭火车包括GPS定位器、喷射模块、电机驱动模块和单片机II；该消防车由侦察车和灭火车构成的车组可以有效提高抢险救援效率，让搜救人员在短时间内拟定搜救计划和流程，也可以让受伤人员在第一时间接收简单的急救，提高存活几率，各部分功能独立运行，协同工作；既保留了独立性，易于维修和二次开发，又在各自独立的基础上进行配合，大大提高了灵活性和协调性，具有良好的社会经济效应。

Description

多智能体一致算法消防车

技术领域

本发明涉及消防车技术领域，特别涉及一种多智能体一致算法消防车。

背景技术

随着科技的进步和实践的需要，人们越来越关注对机器人的研究、开发与改进。机器人参与灭火与救援可帮助人们解决很多困难，同时减少了相关人员可能会遭受的各种风险。

目前美、日等国已经对消防机器人进行了深入的研究，日本消防厅研制出的机器人具有气体探测、火源检测、路径实时传输等多项功能；美国最新研制的灭火机器人则在外形设计上采用蛇形设计，解决了灭火机器人行动笨拙等问题，而我国机器人在消防事业中的应用还处于起步阶段，但也有了一定的进展，如沈阳无人驾驶消防车的问世填补了我国消防车辆的空白，上海强师消防装备有限公司生产的消防灭火机器人，在全国得到了广泛应用。但以上机器人的主要功能均只是遥控灭火，没有国外消防车先进的侦察检测功能及灵活、快速移动的能力，尽管在国内一些消防部门配备了灭火机器人--陆虎60雪炮车，但是200万的售价使其无法大量推广应用，目前国内的这部分研究仍旧空缺。

国内外现阶段投入使用或研究的消防机器人在进行救援工作时，环境信息的缺乏使救援人员无法正确认识救援工作环境，从而导致对整体局势评估错误，带来重大人员伤亡；排险的不及时和错误的灭火方式使得险情迅速恶化，造成连锁反应出现更大的人员伤亡情况。目前国内外已研制出的消防机器人仍然存在一些问题，如环境识别能力较弱，一般只是对单一指标进行判断；通用性不够，研究出的消防机器人过于专业，仅针对某一危险状况工作；单机器人工作，只能对所处位置作业，缺乏收集三维空间危险信息的能力。虽然消防机器人有了一定的发展，但由于成本高，而且存在不少问题，以致应用不广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多智能体一致算法消防车，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明提供了一种多智能体一致算法消防车，包括上位机、侦察车以及灭火车；所述上位机包括指令发送模块、传感器数据传输模块、视频实时传输模块和音频传输模块；所述侦察车包括WiFi模块、摄像头模块、传感器模块，电机模块、电源模块和单片机I；所述WiFi模块、摄像头模块、传感器模块，电机模块、电源模块分别和所述单片机I连接；所述灭火车包括GPS定位器、喷射模块、电机驱动模块和单片机II；所述GPS定位器、喷射模块、电机驱动模块分别和所述单片机II连接；所述指令发送模块通过无线通信模块向侦察车上发送前进、后退、转弯以及舵机云台转动指令；所述侦察车上的单片机I通过WiFi模块接收到前进、后退、转弯以及舵机云台转动指令，所述单片机I进而控制所述电机模块控制侦察车运动；所述摄像头模块用于采集着火点信息、道路信息以及环境信息，并通过无线传送将着火点信息、道路信息以及环境信息发送给所述上位机中的视频实时传输模块；所述传感器模块用于采集有害气体浓度信息、可燃性气体浓度信息、氧气浓度信息以及热电偶温度信息，并通过无线传送将有害气体浓度信息、可燃性气体浓度信息、氧气浓度信息以及热电偶温度信息发送给所述上位机中的传感器数据传输模块；所述侦察车接收到所述上位机发送的灭火指令后，侦察车通过ZigBee网络将灭火指令发送给所述灭火车上的单片机II；所述GPS定位器识别火源位置，并将火源位置信号发送给所述单片机II，所述单片机II控制所述电机驱动模块，使灭火车移动到火源位置，同时单片机II控制所述喷射模块进行灭火。

较佳地，所述单片机I是STC89C52嵌入式控制芯片。

较佳地，所述单片机II是STC15W4K56S4嵌入式控制芯片。

较佳地，所述传感器模块包括ZE07-CO一氧化碳浓度传感器、 T6703二氧化碳浓度传感器、半导体二氧化碳浓度传感器、 VQ548MP可燃性气体浓度传感器、Grove氧气浓度传感器和PT100 热电偶温度传感器。

较佳地，所述电机驱动模块采用电机驱动芯片L298N，控制驱动电机转动。

较佳地，还包括A/D转换器，输入端分别连接GPS定位模块和喷射模块，输出端连接单片机II。

较佳地，所述的A/D转换器采用芯片ADC0809。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

本发明提供的一种多智能体一致算法消防车，包括侦察车和灭火车，侦察车和灭火车构成的车组可以有效提高抢险救援效率，让搜救人员在短时间内拟定搜救计划和流程，也可以让受伤人员在第一时间接收简单的急救，提高存活几率。该消防车成本低廉，实用性强；各部分功能独立运行，协同工作；既保留了独立性，易于维修和二次开发，又在各自独立的基础上进行配合，大大提高了灵活性和协调性，具有良好的社会经济效应。

附图说明

图1为本发明提供的多智能体一致算法消防车控制系统结构示意图；

图2为A/D转换器示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种多智能体一致算法消防车，包括上位机、侦察车以及灭火车；上位机包括指令发送模块、传感器数据传输模块、视频实时传输模块和音频传输模块；侦察车包括WiFi模块、摄像头模块、传感器模块，电机模块、电源模块和单片机I；WiFi模块、摄像头模块、传感器模块，电机模块、电源模块分别和单片机I连接；灭火车包括GPS定位器、喷射模块、电机驱动模块和单片机II；GPS定位器、喷射模块、电机驱动模块分别和单片机II连接；指令发送模块通过无线传送向侦察车上发送前进、后退、转弯以及舵机云台转动指令；侦察车上的单片机I通过 WiFi模块接收到前进、后退、转弯以及舵机云台转动指令，单片机 I进而控制电机模块控制侦察车运动；摄像头模块用于采集着火点信息、道路信息以及环境信息，并通过无线传送将着火点信息、道路信息以及环境信息发送给上位机中的视频实时传输模块；传感器模块用于采集有害气体浓度信息、可燃性气体浓度信息、氧气浓度信息以及热电偶温度信息，并通过无线传送将有害气体浓度信息、可燃性气体浓度信息、氧气浓度信息以及热电偶温度信息发送给上位机中的传感器数据传输模块；侦察车接收到上位机发送的灭火指令后，侦察车通过ZigBee网络将灭火指令发送给灭火车上的单片机II； GPS定位器识别火源位置，并将火源位置信号发送给单片机II，单片机II控制电机驱动模块，使灭火车移动到火源位置，同时单片机 II控制喷射模块进行灭火。

在本发明实施例中，单片机I是STC89C52嵌入式控制芯片。单片机II是STC15W4K56S4嵌入式控制芯片，具体的，使用 STC15W4K56S4单片机作为主控制器，这款单片机为增强型8051 CPU速度上比普通的8051要快上8-12倍。工作在2.5V～5.5V电压之间，拥有56k字节片内Flash程序储存器，可接受的10万次以上的擦写，拥有片内大容量4096字节的SRAM，8通道10位高速 ADC，同时不需要接外部晶振和外部复位，可对外输出时钟和低电平复位信号，四组独立的高速异步串行通信口，可分时切换当做9 组串口使用。拥有一组高速同步串行通信端口SPI。内部拥有7个定时器，5个外部中断等等一系列特点，同时该款单片机为STC公司生产的单片机，在编程上传感器相对容易上手。传感器模块包括 ZE07-CO一氧化碳浓度传感器，具体的，一氧化碳是火场中能严重危害生命健康的气体，我们选择的电化学一氧化碳浓度传感器模组 ZE07-CO，是一个通用型、小型化模组。利用电化学原理对空气中存在的CO进行探测，具有良好的选择性、稳定性；同时具有数字输出与模拟电压输出，方便进行开发和对接。ZE07-CO是将成熟的电化学检测技术与精良的电路设计紧密结合，设计制造出的通用型气体模组，具有高灵敏度、高分辨率、低功耗、使用寿命长的优势。其量程为0～500ppm，分辨率为0.1ppm，响应时间和恢复时间均在 60秒以内，能在-10～55℃中正常工作，满足了我们的项目需求。 T6703二氧化碳浓度传感器，具体的，一般燃烧产生的大量二氧化碳会阻碍人体进行呼吸作用，造成窒息，很大程度上同样危害了生命健康，我们选择的T6703二氧化碳浓度传感器内带Telaire’s专利 ABC Logic^TMsoftware自校验功能，在使用过程中不需要校正，具有体积小、反应快和大量程的优势。测量范围是0-5000ppm，测量精度为400-5000ppm±75ppm±10％，每5秒进行数据的更新，工作温度-10～60℃，自带数字信号输出，可以进行级联，满足了我们的项目需求。半导体二氧化碳浓度传感器，具体的，二氧化硫气体危害人体呼吸道等重要部位，对呼吸系统造成不可挽回的损伤，我们采用半导体二氧化碳浓度传感器，对浓度进行监测。它的敏感元件测试浓度范围为0～500ppm，带有LM393芯片双电压比较器，有快速的响应恢复特性，稳定性高，满足我们的项目需求。VQ548MP 可燃性气体浓度传感器，具体的，在火场中，除了有毒有害气体对人身造成生命危险之外，可燃性易燃易爆气体也是很大的隐患。在不同浓度下的可燃性气体会有爆炸的风险，造成二次伤害，对于消防人员的生命安全有很大的威胁。所以得知可燃性气体的浓度在我们的车组功能中同样非常重要，我们使用VQ548MP可燃性气体浓度传感器，可用于甲烷以及其他大多数可燃性气体及蒸汽的检测，响应时间小于12秒，灵敏度为12mV％甲烷(供电3.0±0.1V检测 1％VOL即20％LEL甲烷气)，误差为±20mAmax，工作温度区间大，稳定性高，适合我们的项目需求。Grove氧气浓度传感器，具体的，氧气是我们呼吸的主要目标，新陈代谢的必需品，在火场环境中，氧气被大量消耗，我们只能通过相应的检测仪器才能确定某一地区的氧气浓度来确定火场情况，可以帮助消防人员掌握信息。我们选择了Grove-氧气传感器，它采用电化学原理，可以将氧浓度的变化情况通过输出电压直观的反映出来，可以参考氧气浓度特征曲线清楚的知道当前的氧气浓度。它非常适合用在环境保护等需要检测氧气的浓度的项目中。测量范围是0～30％vol，灵敏度为0.1～0.25mA, 稳定性高，响应时间在15秒以内，符合我们的项目需求。PT100热电偶温度传感器，具体的，火场的温度无法通过肉眼识别出来，在侦察中，温度也是一个极其重要的信息，我们采用PT100热电偶温度传感器作为侦察车上的温度检测模块，它相比于平常的三极管或者其他温度检测器较低的温度检测上限，能够检测高达600℃，拥有精度高、灵敏度高、耐高温、响应快的特征。

电机驱动模块采用电机驱动芯片L298N，控制驱动电机转动。具体的，电机模块：采用较大功率的直流电机并将L298N作为电机的驱动模块，L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，其输出电流大，功率强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如较大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢。

还包括A/D转换器，输入端分别连接GPS定位模块和喷射模块，输出端连接单片机II。A/D转换器采用芯片ADC0809。

综上所述，本发明实施例提供的一种多智能体一致算法消防车，包括侦察车和灭火车，侦察车和灭火车构成的车组可以有效提高抢险救援效率，让搜救人员在短时间内拟定搜救计划和流程，也可以让受伤人员在第一时间接收简单的急救，提高存活几率。该消防车成本低廉，实用性强；各部分功能独立运行，协同工作；既保留了独立性，易于维修和二次开发，又在各自独立的基础上进行配合，大大提高了灵活性和协调性，具有良好的社会经济效应。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.多智能体一致算法消防车，其特征在于，包括上位机、侦察车以及灭火车；

所述上位机包括指令发送模块、传感器数据传输模块、视频实时传输模块和音频传输模块；

所述侦察车包括WiFi模块、摄像头模块、传感器模块，电机模块、电源模块和单片机I；所述WiFi模块、摄像头模块、传感器模块，电机模块、电源模块分别和所述单片机I连接；

所述灭火车包括GPS定位器、喷射模块、电机驱动模块和单片机II；所述GPS定位器、喷射模块、电机驱动模块分别和所述单片机II连接；

所述指令发送模块通过无线通信模块向侦察车上发送前进、后退、转弯以及舵机云台转动指令；所述侦察车上的单片机I通过WiFi模块接收到前进、后退、转弯以及舵机云台转动指令，所述单片机I进而控制所述电机模块控制侦察车运动；

所述摄像头模块用于采集着火点信息、道路信息以及环境信息，并通过无线传送将着火点信息、道路信息以及环境信息发送给所述上位机中的视频实时传输模块；

所述传感器模块用于采集有害气体浓度信息、可燃性气体浓度信息、氧气浓度信息以及热电偶温度信息，并通过无线传送将有害气体浓度信息、可燃性气体浓度信息、氧气浓度信息以及热电偶温度信息发送给所述上位机中的传感器数据传输模块；

所述侦察车接收到所述上位机发送的灭火指令后，侦察车通过ZigBee网络将灭火指令发送给所述灭火车上的单片机II；

所述GPS定位器识别火源位置，并将火源位置信号发送给所述单片机II，所述单片机II控制所述电机驱动模块，使灭火车移动到火源位置，同时单片机II控制所述喷射模块进行灭火。

2.如权利要求1所述的多智能体一致算法消防车，其特征在于，所述单片机I是STC89C52嵌入式控制芯片。

3.如权利要求1所述的多智能体一致算法消防车，其特征在于，所述单片机II是STC15W4K56S4嵌入式控制芯片。

4.如权利要求1所述的多智能体一致算法消防车，其特征在于，所述传感器模块包括ZE07-CO一氧化碳浓度传感器、T6703二氧化碳浓度传感器、半导体二氧化碳浓度传感器、VQ548MP可燃性气体浓度传感器、Grove氧气浓度传感器和PT100热电偶温度传感器。

5.如权利要求1所述的多智能体一致算法消防车，其特征在于，所述电机驱动模块采用电机驱动芯片L298N，控制驱动电机转动。

6.如权利要求1所述的多智能体一致算法消防车，其特征在于，还包括A/D转换器，输入端分别连接GPS定位模块和喷射模块，输出端连接单片机II。

7.如权利要求6所述的多智能体一致算法消防车，其特征在于，所述的A/D转换器采用芯片ADC0809。