CN204050742U

CN204050742U - 一种智能灭火小车

Info

Publication number: CN204050742U
Application number: CN201420445751.XU
Authority: CN
Inventors: 游玉霖; 孙晶; 施群; 罗峥嵘; 龙蛟; 邹凯丽
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2024-08-08

Abstract

本实用新型涉及一种智能灭火小车。它包括STC12C5A60S2控制模块、电机模块、火源检测模块、灭火模块。STC12C5A60S2控制模块与电机模块，火源检测模块和灭火模块连接，电源模块为STC12C5A60S2控制模块、电机模块、火源检测模块、灭火模块提供电源。当远红外传感器，将检测到的火源转化为电平信号传输到STC12C5A60S2控制模块，该模拟电压信号经A/D转换后，进入STC12C5A60S2单片机，单片机通过比较输入AD值的差值来控制火焰检测模块的瞄准，瞄准后STC12C5A60S2单片机直接给L298N一个控制信号，驱动灭火装置进行灭火。该智能灭火小车成本较低，具有较好的性价比，可广泛应用于各种火灾环境中，代替消防队员完成一些危险的工作，从而减少不必要的伤亡。

Description

一种智能灭火小车

技术领域

本实用新型涉及一种智能灭火小车。

背景技术

随着科技的发展和社会的进步，在过去的几十年里，大量的高楼大厦、核工厂和化学实验室等不断出现，当发生火灾时，不仅难于进行灭火，而且其中的很多危险因素都直接威胁着消防队员的生命安全和社会自然的和谐。所以智能灭火机器人作为消防领域中的一只新兴的力量应运而生。它可以在没有人或者没有人注意的时候发现火源，找到火源，并且灭掉火源，从而保障人们的生命财产安全。而且可以在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣环境中进行火场侦察、化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业，代替消防队员完成一些危险的工作，从而减少不必要的伤亡。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对消防领域中火灾的不确定性以及对消防人员可能产生身体危害，提供一种智能灭火小车，可以在没有人或者没有人注意的时候发现火源，找到火源，并且灭掉火源，并且可以代替消防队员完成一些危险的工作，从而减少不必要的伤亡。

为达到目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种智能灭火小车，包括STC12C5A60S2控制模块、电机模块、火源检测模块、灭火模块和电源模块、二自由度舵机云台、驱动轮、小车底板、万向轮、转轴、水箱和水泵。其特征在于：所述STC12C5A60S2控制模块与电机模块、火源检测模块和灭火模块连接，电源模块为STC12C5A60S2控制模块、电机模块、火源检测模块、灭火模块提供电源；远红外传感器通过二自由度舵机云台固定于小车底板的前端组成火源检测模块,所述的电机模块由大直流电机和小直流电机组成，大直流电机带动驱动轮，万向轮使得小车可以任意的改变方向；所述的驱动轮以及万向轮与小车底板相连，所述的内置蓄电池蓄电池固定座构成电源模块，其固定于小车地板下面，所述的STC12C5A60S2控制模块置于一个放芯片的木盒中，一个放芯片的木盒置于小车底板中央而使蓄电池与带动驱动轮的大直流电机、带动水泵的小直流电机、带动二自由度舵机云台的小直流电机相连，所述的驱动轮与轮毂电机联轴器和转轴相连，所述万向轮通过螺栓和垫块与小车的地板，所述的水箱与水泵固定于小车底板的后端，所述的小直流电机通过一个支撑机构与小车底板相连；所述水泵与水箱通过一连接管道相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下突出的优点：

本实用新型提供的智能灭火小车可以在行走过程中对环境进行判断和识别，对远红外传感器得到的信息进行分析，以判定火源的存在与复杂程度，及其确定火源的位置，最后必须对其进行定位。发现火源的时候，机器人能够自动调整方向，并且接近火源一定距离，自动启动电机开启水泵装置进行灭火，从而保障人们的生命财产安全。为了减小误差、提高准确度，此实用新型中共用了4个远红外火焰传感器，安装在小车前部正上方，分“十”字排列，这样可以消除火源放置的各种特殊情况，减少程序编写的量。而且可以在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣环境中进行火场侦察、化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业，代替消防队员完成一些危险的工作，从而减少不必要的伤亡。本实用新型成本较低，具有较好的性价比；智能化装置同时可实现遥控操作；体积较小节省了材料，不用时便于放置、节省空间。

各主要组成模块及其功能说明如下：

1、STC12C5A60S2控制模块

STC12C5A60S2的核心部件是单片机STC12C5A60S2，它与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC12C5A60S2单片机在电子类产品中有广泛的应用。图2所示为STC12C5A60S2的引脚分布图。主要引脚功能如下

单片机STC12C5A60S2与其他控制模块连接的I/O分配如下表所示

系统I/O分配表

2、电机模块

电机模块包括，小直流电机和大直流电机。小直流电机控制二自由度云台，大直流电机控制两驱动轮。如图7为直流电机驱动电路示意图智能机器人行走主要靠前端的两个轮子，因此分别通过大直流电机对其控制，定义大直流电机A1，A2，B1，B2四个端口与STC12C5A60S2单片机P1.1，P1.2，P0.6，P0.7四个引脚相连接，A1，A2控制左轮的正反转，B1，B2控制右轮的正反转。两驱动轮配合一个万向轮进行行走。两个RB-421舵机通过小直流电机来控制，小直流电机两个端口IN1与IN2分别与STC12C5A60S2单片机P2.0与P2.1相连用于控制一个舵机上下转动，一个舵机左右转动。

3、火源检测模块

火源检测模块采用远红外火焰传感器，将外界红外线的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0~255范围内数值的变化。外界的红外线越强，其数值越小；红外线越弱，其数值越大。这样，只要对A/D值进行相应处理就可以判断出火焰的位置。图8所示为A/D转换流程图。选用的远红外传感器的型号为TX05D，如图9所示TX05D的内部电路图。

为了减小误差，提高准确度共用了4个远红外火焰传感器，安装在小车前部正上方，以“十”字排列，这样可以消除火源放置的各种特殊情况，减少程序编写的量。智能灭火小车在行走过程中需要完成的动作是左右运动和上下运动。左右运动是确定在机器人的周围是否有火源存在，而上下运动是确定火源的具体位置，从而使布置板的中心尽可以的准确对火源进行灭火。火源检测模块需要完成的动作和机器手完成的动作本质上是一样的，选用比较常用的舵机控制器来控制火源检测模块。舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。

此处采用两个RB-421舵机，此舵机有三条控制线，分别为：电源线、地线及控制线。电源线与地线用于提供内部的电机及控制线路所需的能源，电压通常介于3V—7.2V之间，采用常用的5V电压，电源线接在一块7805的芯片上，因为伺服电机会产生噪音，所以电源与处理系统的电源隔离。而控制线与单片机相连，单片机输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms—2ms之间，而低电平时间应在5ms到20ms之间。水平舵机定义端口horizontal与STC12C5A60S2单片机P0.0相连，水平舵机定义端口vertical与STC12C5A60S2单片机P0.1相连，均为高电平有效。图10为7805电路图。

4、灭火模块

灭火模块采用水泵抽取水箱中液体进行灭火。水泵定义控制口WATER与STC12C5A60S2控制模块P1.0口相连接。当火源检测模块检测到火源时，STC12C5A60S2控制模块输出低电平，水泵抽去液体喷射灭火。选择了用一个12V的小型直流电机来控制这个机械装置开启水泵，实现灭火效果。直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。所以本次就选用采用内部集成有两个桥式电路的专用芯片L298所组成的电机驱动电路来驱动这两个直流电机。设计中，把L298的OUTl、OUT2 或者OUT3、OUT4 之间接这个直流电动机；input1~input4 输入控制电位来控制电机的正反转；Enable 则控制电机停转。

5、电源模块

电源模块采用了一组电动车专用的高功率12V20AH的蓄电池，标称电压为24.6V，为电机模块中的直流大电机和小电机供电。针对这次的高功率电机的影响采用了双电源的方式，另外提供一个12V的小蓄电池为STC12C5A60S2控制模块、火源检测模块、避障模块。STC12C5A60S2单片机需要的是5V的电压，所以我选用了一块7805芯片为单片机提供电压5V的稳定电压。其电路图如图10所示。

附图说明

图1是本实用新型智能灭火小车总体结构框图。

图2是本实用新型智能灭火小车的主视图。

图3是本实用新型智能灭火小车的左视图。

图4是本实用新型智能灭火小车的俯视图。

图5是本实用新型智能灭火小车的电机联轴器。

图6是本实用新型智能灭火小车的火焰传感器固定板。

图7为直流电机驱动电路示意图

图8为A/D转换流程图

图9为TX05D的内部电路图

图10为7805电路图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施结合附图说明如下：

实施例一：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种智能灭火小车，包括STC12C5A60S2控制模块1、电机模块2、火源检测模块3、灭火模块4和电源模块5、二自由度舵机云台8、驱动轮9、小车底板11、万向轮13、转轴15、水箱18和水泵19。其特征在于：所述4个远红外传感器7输出端与STC12C5A60S2控制模块1的输入端连接，红外传感器7将检测到的火源信号传到STC12C5A60S2控制模块1中。STC12C5A60S2控制模块1的输出端与电机模块3、火源检测模块4和灭火模块5的输入端连接，电源模块6为STC12C5A60S2控制模块1、电机模块3、火源检测模块4、灭火模块5提供电源；远红外传感器7通过二自由度舵机云台8固定于小车底板11的前端组成火源检测模块4,所述的电机模块3由大直流电机 17和小直流电机22组成，大直流电机 17带动驱动轮9，万向轮13使得小车可以任意的改变方向；所述的驱动轮9以及万向轮13与小车底板6相连，所述的内置蓄电池蓄电池固定座5构成电源模块6，其固定于小车底板11下面，所述的STC12C5A60S2控制模块1置于一个放芯片的木盒12中，一个放芯片的木盒12置于小车底板11中央使蓄电池与带动驱动轮9的大直流电机17、带动水泵19的小直流电机22、带动二自由度舵机云台8的小直流电机22相连，所述的驱动轮9与轮毂电机联轴器14和转轴15相连，所述万向轮13通过螺栓和垫块与小车底板11，所述的水箱18与水泵19固定于小车底板11的后端，所述的小直流电机22通过一个支撑机构21与小车底板11相连；所述水泵19与水箱18通过一连接管道20相连。

实施例二：

如图7，图8，图9，图10本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：所述STC12C5A60S2控制模块1与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容；片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器；在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash。远红外传感器7采用火焰传感器也叫做远红外火焰探头，它可以用来探测火源或其它一些波长在700nm～1000nm范围内的热源；在灭火过程中，远红外火焰探头起着非常重要的作用，它被当作机器人的眼睛来寻找火源。远红外火焰探头将外界红外线的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0~255范围内数值的变化；外界红外线越强，数值越小；红外线越弱，数值越大；定义其端口Out1与STC12C5A60S2单片机P3.6相连接，低电平有效；STC12C5A60S2单片机速度比一般单片机快12倍，在电子类产品中广泛的应用。所述电机模块3包括小直流电机22和大直流电机17，并采用内部集成有两个桥式电路的专用芯片L298所组成的电机驱动电路来驱动这两个直流电机；所述电源模块6通过大直流电机控制智能机器人前端的两个轮子；定义大直流电机A1，A2，B1，B2四个端口与STC12C5A60S2（1）单片机P1.1，P1.2，P0.6，P0.7四个引脚相连接，A1，A2控制左轮的正反转，B1，B2控制右轮的正反转。火源检测模块4远红外火焰传感器7将外界红外线的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0~255范围内数值的变化；外界的红外线越强，其数值越小；红外线越弱，其数值越大。这样，只要对A/D值进行相应处理就可以判断出火焰的位置。为了减小误差，提高准确度我共用了4个远红外火焰传感器，安装在小车前部正上方，分“十”字排列，这样可以消除火源放置的各种特殊情况，减少程序编写的量。所述灭火模块5采用水泵19通过一连接管道20抽取水箱18液体进行灭火；水泵定义控制口WATER与STC12C5A60S2控制模块（1）P1.0口相连接；当火源检测模块7检测到火源时，STC12C5A60S2控制模块1输出低电平，水泵抽去液体喷射灭火。电源模块6采用了一组电动车专用的高功率12V20AH的蓄电池，标称电压为24.6V，为电机模块6中的直流大电机17和小电机22供电。针对这次的高功率电机的影响采用了双电源的方式，另外提供一个12V的小蓄电池为STC12C5A60S2控制模块1、火源检测模块4；STC12C5A60S2单片机需要的是5V的电压，所以我选用了一块7805芯片为单片机提供电压5V的稳定电压。所述火源检测模块7由四个远红外传感器制成，在智能灭火小车行走过程中需要完成的动作是左右运动和上下运动；左右运动是确定在机器人的周围是否有火源存在，而上下运动是确定火源的具体位置，从而使布置板的中心尽可以的准确对火源进行灭火；选用二自由度舵机云台8来控制火源检测模块完成上下运动或左右运动。二自由度舵机云台8由两个舵机组成，采用RB-421舵机，此舵机有三条控制线，分别为：电源线、地线及控制线。电源线与地线用于提供内部的电机及控制线路所需的能源，电压通常介于3V—7.2V之间，采用常用的5V电压，电源线接在一块7805的芯片上，因为伺服电机会产生噪音，所以电源与处理系统的电源隔离。而控制线与单片机相连，单片机输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms—2ms之间，而低电平时间应在5ms到20ms之间；水平舵机定义端口horizontal与STC12C5A60S2单片机（1）P0.0相连，水平舵机定义端口vertical与STC12C5A60S2单片机（1）P0.1相连，均为高电平有效；所述两个RB-421舵机通过小直流电机来控制，小直流电机两个端口IN1与IN2分别与STC12C5A60S2单片机（1）P2.0与P2.1相连用于控制一个舵机上下转动，一个舵机左右转动。

Claims

1.一种智能灭火小车，包括STC12C5A60S2控制模块（1）、电机模块（2）、火源检测模块（3）、灭火模块（4）和电源模块（5）、二自由度舵机云台（8）、驱动轮（9）、小车底板（11）、万向轮（13）、转轴（15）、水箱(18)和水泵(19)；其特征在于：所述STC12C5A60S2控制模块（1）与电机模块（2）、火源检测模块（3）和灭火模块（4）相连接，电源模块（5）为STC12C5A60S2控制模块（1）、电机模块（2）、火源检测模块（3）、灭火模块（4）提供电源；4个远红外传感器（7）通过二自由度舵机云台（8）固定于小车底板（11）的前端组成火源检测模块（3）,所述的电机模块（2）由大直流电机 (17)和小直流电机(22)组成，大直流电机 (17)带动驱动轮（9）；所述的驱动轮（9）以及万向轮（13）与小车底板（11）相连；一个内置蓄电池蓄电池固定座（10）构成电源模块（5），该蓄电池固定座（10）其固定于小车地板（11）下面；所述的STC12C5A60S2控制模块（1）置于一个放芯片的木盒（12）中，该放芯片的木盒（12）置于小车底板（11）中央而使蓄电池与带动驱动轮（9）的大直流电机（17）、带动水泵(19)的小直流电机（22）和带动二自由度舵机云台（8）的小直流电机(22)电连接，所述的驱动轮（9）与一个轮毂电机联轴器（14）和转轴（15）相连，所述万向轮（13）通过螺栓和垫块与小车的地板（11）连接，所述的水箱（18）与水泵（19）固定于小车底板（11）的后端，所述的小直流电机（22）通过一个支撑机构（21）与小车底板（11）相连；所述水泵（19）与水箱（18）通过一连接管道（20）相连。