CN109011307A - 基于zigbee网络的智能灭火机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于zigbee网络的智能灭火机器人，将无线传感器与zigbee网络技术相结合,通过构建网型拓扑结构的无线传感器网络,实时获取工作区域内的环境数据,并与自身位置信息同步发送给灭火机器人，发生火灾时，灭火机器人根据实时环境数据和位置信息，自主规划通往火灾区域的路径，寻找火源并执行灭火工作；通过构建数据库和Web服务器,远程终端可实时监测现场的情况,并可通过终端软件远程控制灭火机器人动作,极大地拓展了灭火机器人的功能；本发明采用的网型拓扑结构,在发送间隔为1.5s,且网关节点无遮挡时的数据传输丢包率不高于2％,很好的满足了灭火机器人对数据传输的实际要求。

Description

基于zigbee网络的智能灭火机器人

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，涉及一种灭火机器人，具体是一种基于zigbee网络的智能灭火机器人。

背景技术

火灾给人们带来了巨大的生命和财产损失。特别是一些特殊的企业发生的火灾,如化工企业、纺织企业等,具有突发性强、燃烧猛烈等特点,并且火灾过程中会产生大量的有毒气体,严重地危害周围群众和救灾人员的生命安全。因此,开发一种自主移动的灭火机器人,实时监测易燃区域,将具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于zigbee网络的智能灭火机器人。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于zigbee网络的智能灭火机器人，包括现场采集单元、中心监测单元、机器人控制单元以及客户端管理单元；

所述现场采集单元，由无线传感器通过zigbee组网构成,负责监测工作区域内工作状况,采集环境数据，并将采集到的环境数据和自身的位置信息上传到机器人控制单元；

所述机器人控制单元，安装在灭火机器人上，根据现场采集单元上传的环境数据和位置信息，判断工作区域内的工作情况，当发生火灾时，控制灭火机器人移动到火灾位置进行灭火，并将工作区域内的现场情况信息上传到中心监测单元；

所述中心监测单元，根据机器人控制单元上传的现场情况信息，实时对工作区域进行监控，并响应客户端管理单元读取现场情况信息的请求；

所述客户端管理单元，利用浏览器访问中心监测单元,可以实时显示数据，同时可以远程控制灭火机器人,实现灭火机器人唤醒、参数配置的远程控制。

进一步地，所述现场采集单元包括分布在工作区域内的终端节点、路由节点以及网关节点，所述终端节点、路由节点以及网关节点通过zigbee组网形成无线传感器网络；

所述终端节点，用于定时采集工作区域内的环境数据，并将采集到的环境数据和自身的位置信息发送给附近的路由节点；

所述路由节点，允许终端节点加入成为自己的子节点，主要起到数据转发的功能，将终端节点发送的环境数据和位置信息转发给连接上的网关节点；

所述网关节点，安装在灭火机器人上，负责构建和维护网络环境，允许路由节点和终端节点加入网络,并分配网络地址，同时通过串口与机器人控制单元通信，将路由节点输出的环境数据和位置信息发送到机器人控制单元。

进一步地，所述终端节点包括传感器模块以及安装在传感器模块上的zigbee通信模块，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和热源传感器，所述zigbee通信模块用于实现智能组网。

进一步地，所述机器人控制单元包括数据分析模块、智能导航模块、运动控制模块以及机器人感应模块；

所述数据分析模块，对现场采集单元上传的环境数据和位置信息进行处理,判断是否发生火灾，若有火灾,则立即唤醒灭火机器人，获取火灾位置，启动智能导航模块；

所述智能导航模块，根据火灾位置，利用预先生成的全局地图规划出一条通往火灾区域大概位置的路径,输出到运动控制模块，并在灭火机器人行进过程中实时接收机器人感应模块输出的定位信息，并根据定位信息再次重新规划路径,输出到运动控制模块；

所述运动控制模块，根据智能导航模块输出的路径控制灭火机器人移动前往火灾位置，找到火源并执行灭火操作；

所述机器人感应模块，在灭火机器人行进的过程中捕捉火源，对火灾位置进行精准定位，将定位信息再次输出到智能导航模块。

进一步地，所述机器人感应模块包括超声波距离传感器、火焰传感器、离子感烟传感器以及高清摄像头。

进一步地，所述中心监测单元包括监控计算机、数据库和Web服务器；

所述监控计算机通过无线的方式,接收机器人控制模块上传的现场情况信息,以图形界面的形式显示,并将现场情况信息写入数据库；

所述数据库，采用SQL Server型数据库，以表单的形式保存现场情况信息,以备调用，便于输入与读取；

所述Web服务器，通过响应客户端管理单元发出的HTTP请求，从数据库中获取需要的信息数据,生成动态交互式网页呈现给客户端管理单元。

进一步地，所述客户端管理单元包括实时监控模块、远程控制模块、参数配置模块以及历史数据查询模块；

所述实时监控模块，实现对工作区域的环境数据和灭火机器人的运行参数进行监控，并以数值和曲线的形式表示出来；

所述远程控制模块，实现对灭火机器人的远程控制功能；

所述参数配置模块，实现对灭火机器人运行参数的远程配置功能；

所述历史数据查询模块，实现对工作区域内历史环境数据的在线查询功能。

本发明的有益效果：本发明提供的智能灭火机器人，将无线传感器与zigbee网络技术相结合,通过构建网型拓扑结构的无线传感器网络,实时获取工作区域内的环境数据,并与自身位置信息同步发送给灭火机器人，发生火灾时，灭火机器人根据实时环境数据和位置信息，自主规划通往火灾区域的路径，寻找火源并执行灭火工作；通过构建数据库和Web服务器,远程终端可实时监测现场的情况,并可通过终端软件远程控制灭火机器人动作,极大地拓展了灭火机器人的功能；本发明采用的网型拓扑结构,在发送间隔为1.5s,且网关节点无遮挡时的数据传输丢包率不高于2％,很好的满足了灭火机器人对数据传输的实际要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于zigbee网络的智能灭火机器人，包括现场采集单元、中心监测单元、机器人控制单元以及客户端管理单元。

现场采集单元，由无线传感器通过zigbee组网构成,负责监测工作区域内工作状况,采集环境数据，并将采集到的环境数据和自身的位置信息上传到机器人控制单元。

现场采集单元包括分布在工作区域内的终端节点、路由节点以及网关节点，其中，终端节点、路由节点以及网关节点通过zigbee组网形成无线传感器网络。

终端节点，用于定时采集工作区域内的环境数据，并将采集到的环境数据和自身的位置信息发送给附近的路由节点。

终端节点包括传感器模块以及安装在传感器模块上的zigbee通信模块，其中，传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和热源传感器，zigbee通信模块用于实现智能组网。

路由节点，允许终端节点加入成为自己的子节点，主要起到数据转发的功能，将终端节点发送的环境数据和位置信息转发给连接上的网关节点。

网关节点，安装在灭火机器人上，负责构建和维护网络环境，允许路由节点和终端节点加入网络,并分配网络地址，同时通过串口与机器人控制单元通信，将路由节点输出的环境数据和位置信息发送到机器人控制单元。

机器人控制单元，安装在灭火机器人上，作为机器人系统的核心,根据现场采集单元上传的环境数据和位置信息，判断工作区域内的工作情况，当发生火灾时，控制灭火机器人移动到火灾位置进行灭火，并将工作区域内的现场情况信息上传到中心监测单元。

机器人控制单元包括数据分析模块、智能导航模块、运动控制模块以及机器人感应模块。

数据分析模块，对现场采集单元上传的环境数据和位置信息进行处理,判断是否发生火灾，若有火灾,则立即唤醒灭火机器人，获取火灾位置，启动智能导航模块。

智能导航模块，根据火灾位置，利用预先生成的全局地图规划出一条通往火灾区域大概位置的路径,输出到运动控制模块，并在灭火机器人行进过程中实时接收机器人感应模块输出的定位信息，并根据定位信息再次重新规划路径,输出到运动控制模块。

运动控制模块，根据智能导航模块输出的路径控制灭火机器人移动前往火灾位置，找到火源并执行灭火操作。

机器人感应模块，在灭火机器人行进的过程中捕捉火源，对火灾位置进行精准定位，将定位信息再次输出到智能导航模块。

机器人感应模块包括六个超声波距离传感器、三个火焰传感器、一个离子感烟传感器以及一个高清摄像头，从而在灭火机器人行进的过程中完成对火灾位置的精确定位。

中心监测单元，根据机器人控制单元上传的现场情况信息，实时对工作区域进行监控，并响应客户端管理单元读取现场情况信息的请求。

中心监测单元包括监控计算机、数据库和Web服务器。

监控计算机通过无线的方式,接收机器人控制模块上传的现场情况信息,以图形界面的形式显示,并将现场情况信息写入数据库。

数据库，采用SQL Server型数据库，以表单的形式保存现场情况信息,以备调用，便于输入与读取。

Web服务器，通过响应客户端管理单元发出的HTTP请求，从数据库中获取需要的信息数据,生成动态交互式网页呈现给客户端管理单元。

客户端管理单元，利用浏览器访问中心监测单元,可以实时显示数据，同时可以远程控制灭火机器人,实现灭火机器人唤醒、参数配置的远程控制,使独立的灭火机器人变成网络灭火机器人。

客户端管理单元包括实时监控模块、远程控制模块、参数配置模块以及历史数据查询模块。

实时监控模块，实现对工作区域的环境数据和灭火机器人的运行参数进行监控，并以数值和曲线的形式表示出来。

远程控制模块，实现对灭火机器人的远程控制功能。

参数配置模块，实现对灭火机器人运行参数的远程配置功能。

历史数据查询模块，实现对工作区域内历史环境数据的在线查询功能。

灭火机器人初始处于静止休眠状态,灭火机器人携带的网关节点，自动组织起一个网型拓扑结构。分布在工作区域内的终端节点定时采集环境数据和自身位置信息，路由节点通过多跳方式,将环境数据和位置信息转发到网关节点,网关节点再通过灭火机器人的串行接口,发送至机器人控制单元。

当发生火灾时,立即唤醒灭火机器人，获取火灾位置，启动智能导航模块，利用预先生成的全局地图规划出一条通往火灾区域大概位置的路径,控制灭火机器人移动前往火灾位置。当灭火机器人处于移动状态时,受限于通信半径,与处于通信范围外的已连接路由节点断开连接，并自动连接进入通信范围内的未连接路由节点。同时，机器人感应模块在灭火机器人行进的过程中捕捉火源，对火灾位置进行精准定位，智能导航模块根据定位信息再次重新规划路径,最终控制灭火机器人找到火源并执行灭火操作。

本发明提供的智能灭火机器人，将无线传感器与zigbee网络技术相结合,通过构建网型拓扑结构的无线传感器网络,实时获取工作区域内的环境数据,并与自身位置信息同步发送给灭火机器人，发生火灾时，灭火机器人根据实时环境数据和位置信息，自主规划通往火灾区域的路径，寻找火源并执行灭火工作；通过构建数据库和Web服务器,远程终端可实时监测现场的情况,并可通过终端软件远程控制灭火机器人动作,极大地拓展了灭火机器人的功能；本发明采用的网型拓扑结构,在发送间隔为1.5s,且网关节点无遮挡时的数据传输丢包率不高于2％,很好的满足了灭火机器人对数据传输的实际要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于zigbee网络的智能灭火机器人，其特征在于：包括现场采集单元、中心监测单元、机器人控制单元以及客户端管理单元；

所述现场采集单元，由无线传感器通过zigbee组网构成,负责监测工作区域内工作状况,采集环境数据，并将采集到的环境数据和自身的位置信息上传到机器人控制单元；

所述机器人控制单元，安装在灭火机器人上，根据现场采集单元上传的环境数据和位置信息，判断工作区域内的工作情况，当发生火灾时，控制灭火机器人移动到火灾位置进行灭火，并将工作区域内的现场情况信息上传到中心监测单元；

所述中心监测单元，根据机器人控制单元上传的现场情况信息，实时对工作区域进行监控，并响应客户端管理单元读取现场情况信息的请求；

所述客户端管理单元，利用浏览器访问中心监测单元,可以实时显示数据，同时可以远程控制灭火机器人,实现灭火机器人唤醒、参数配置的远程控制。

2.根据权利要求1所述的基于zigbee网络的智能灭火机器人，其特征在于：所述现场采集单元包括分布在工作区域内的终端节点、路由节点以及网关节点，所述终端节点、路由节点以及网关节点通过zigbee组网形成无线传感器网络；

所述终端节点，用于定时采集工作区域内的环境数据，并将采集到的环境数据和自身的位置信息发送给附近的路由节点；

所述路由节点，允许终端节点加入成为自己的子节点，主要起到数据转发的功能，将终端节点发送的环境数据和位置信息转发给连接上的网关节点；

所述网关节点，安装在灭火机器人上，负责构建和维护网络环境，允许路由节点和终端节点加入网络,并分配网络地址，同时通过串口与机器人控制单元通信，将路由节点输出的环境数据和位置信息发送到机器人控制单元。

3.根据权利要求2所述的基于zigbee网络的智能灭火机器人，其特征在于：所述终端节点包括传感器模块以及安装在传感器模块上的zigbee通信模块，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和热源传感器，所述zigbee通信模块用于实现智能组网。

4.根据权利要求1所述的基于zigbee网络的智能灭火机器人，其特征在于：所述机器人控制单元包括数据分析模块、智能导航模块、运动控制模块以及机器人感应模块；

所述数据分析模块，对现场采集单元上传的环境数据和位置信息进行处理,判断是否发生火灾，若有火灾,则立即唤醒灭火机器人，获取火灾位置，启动智能导航模块；

所述智能导航模块，根据火灾位置，利用预先生成的全局地图规划出一条通往火灾区域大概位置的路径,输出到运动控制模块，并在灭火机器人行进过程中实时接收机器人感应模块输出的定位信息，并根据定位信息再次重新规划路径,输出到运动控制模块；

所述运动控制模块，根据智能导航模块输出的路径控制灭火机器人移动前往火灾位置，找到火源并执行灭火操作；

所述机器人感应模块，在灭火机器人行进的过程中捕捉火源，对火灾位置进行精准定位，将定位信息再次输出到智能导航模块。

5.根据权利要求4所述的基于zigbee网络的智能灭火机器人，其特征在于：所述机器人感应模块包括超声波距离传感器、火焰传感器、离子感烟传感器以及高清摄像头。

6.根据权利要求1所述的基于zigbee网络的智能灭火机器人，其特征在于：所述中心监测单元包括监控计算机、数据库和Web服务器；

所述监控计算机通过无线的方式,接收机器人控制模块上传的现场情况信息,以图形界面的形式显示,并将现场情况信息写入数据库；

所述数据库，采用SQL Server型数据库，以表单的形式保存现场情况信息,以备调用，便于输入与读取；

所述Web服务器，通过响应客户端管理单元发出的HTTP请求，从数据库中获取需要的信息数据,生成动态交互式网页呈现给客户端管理单元。

7.根据权利要求1所述的基于zigbee网络的智能灭火机器人，其特征在于：所述客户端管理单元包括实时监控模块、远程控制模块、参数配置模块以及历史数据查询模块；

所述实时监控模块，实现对工作区域的环境数据和灭火机器人的运行参数进行监控，并以数值和曲线的形式表示出来；

所述远程控制模块，实现对灭火机器人的远程控制功能；

所述参数配置模块，实现对灭火机器人运行参数的远程配置功能；

所述历史数据查询模块，实现对工作区域内历史环境数据的在线查询功能。