CN212302292U - 一种基于stm32的智能消防小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于STM32的智能消防小车，属于智能消防小车技术领域。包括车体，设置于所述车体上的主控制模块、电源模块、图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块、电机驱动模块、直流电机；图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块、电机驱动模块分别与主控制模块连接；电机驱动模块与直流电机连接；舵机云台上设置超声波模块。本实用新型采用多个火焰传感器，大范围，广角度的24小时进行火源检测，可以在发现火源之后精确确定位置，随后立即驱动电机向火源处进发进行灭火。本实用新型可以检测到零星火源、小车前进速度迅速、自主避障灵敏度较高。

Description

一种基于STM32的智能消防小车

技术领域

本实用新型涉及一种基于STM32的智能消防小车，属于智能消防小车技术领域。

背景技术

随着火的应用越来越广泛，不正确使用火的案例也愈来愈多，火灾也频频发生。到了第二次科技革命，电力的广泛应用使得火灾发生可能性进一步扩大，人们投入了大量的人力资源和物力资源到消防工程中，消防技术的发展能使人类社会和自然环境避免重大的损失。然而，随着信息时代的到来，如此大量的人力资源投入明显是不行的，消防工作的方式应该向智能化转型，而且在重点消防单位，大多存在许多易燃易爆物品，不适合人们长期驻留，在此背景下，消防智能小车应运而生。它可以做到发现火源，自动循迹，自动避障，自动灭火，并且在无法控制火源时立即发出拨打119火警。将火灾的势头扼杀在零星之火。大大节省了社会的资源，也广受世界各地的工程师的喜好，目前这项技术发展得参差不齐，核心技术也是难点技术时火源得探测以及自动循迹。随着信息时代的到来，微型计算机技术，自动控制技术，智能AI等高薪技术得到了飞速的发展，消防智能小车的技术得到飞速发展，尤其是国外，起步早，技术可靠一直领先我国。面对这一项难题，我国政府也加大了在智能消防中的投入，此外，还鼓励学者和科研人员从事智能消防的理论和新技术研究中。目前很多火源探测技术大部分还停留在使用单一传感器进行数据采集，算法较落后，精度不高，经常出现误报已经漏报的情形。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决当前消防小车存在着响应不及时甚至无法检测到零星火源、小车前进速度缓慢、自主避障灵敏度较低的问题提出了一种基于STM32的智能消防小车。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术解决方案：

一种基于STM32的智能消防小车,包括车体，设置于所述车体上的主控制模块、电源模块、图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块、电机驱动模块、直流电机；所述图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块、电机驱动模块分别与主控制模块连接；所述电机驱动模块与直流电机连接；所述舵机云台上设置超声波模块；所述电源模块分别为主控制模块、图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块提供电源；所述图像采集模块，用于采集图像信息并将图像信息发送至主控制模块；所述火源检测模块，用于检测火源信息并将火源信息传输至主控制模块；所述主控制模块，用于分析图像信息与火源信息后向电机驱动模块输出控制信号并驱动红外避障模块；根据接收的障碍物识别信息分别向舵机云台、超声波模块输出控制信号；根据接收的距离信息向电机驱动模块输出控制信号并驱动灭火模块；所述电机驱动模块，用于控制小车的转向角度以及前进的速度和距离；所述红外避障模块，用于发送与接收红外线对障碍物进行识别并将障碍物识别信息输送至主控制模块；所述舵机云台，用于转动超声波模块进行测量；所述超声波模块，用于测量小车与障碍物的距离并将距离信息输送至主控制模块；所述灭火模块，进行灭火。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，还包括设置于所述车体上的显示模块；所述显示模块与主控制模块的输出端连接，用于显示图像信息、火源信息、障碍物识别信息、距离信息；所述显示模块采用TFTLCD显示屏。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述主控制模块采用STM32F103ZET6单片机。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述图像采集模块采用OV7725摄像头。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述灭火模块包括灭火云台、喷射装置、储存容器；所述主控制模块分别与灭火云台、喷射装置连接；所述灭火云台上设置喷射装置，用于转动喷射装置；所述喷射装置与储存容器连接，用于抽取储存容器内的灭火剂进行灭火喷射；所述储存容器内存储液态二氧化碳灭火剂。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述火源检测模块采用Flame-D五路火焰传感器。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述舵机云台采用SG90舵机云台。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述超声波模块采用HC-SR04超声波模块。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述红外避障模块采用红外收发传感器。

进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述电机驱动模块采用L293D驱动芯片。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型采用多个火焰传感器，大范围，广角度的24小时进行火源检测，可以在发现火源之后精确确定位置，随后立即驱动电机向火源处进发，过程中做到快速、准确、不打滑、自主避障达到火源前进行灭火，能保障实验室或者无人值守的室内消防安全。本实用新型可以检测到零星火源、小车前进速度迅速、自主避障灵敏度较高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的STM32F103ZET6单片机原理图；

图3为本实用新型的OV7725摄像头原理图；

图4为本实用新型的TFTLCD显示屏原理图；

图5为本实用新型的位移测量流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于STM32的智能消防小车,包括车体，设置于所述车体上的主控制模块、电源模块、图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块、电机驱动模块、直流电机；图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块、电机驱动模块分别与主控制模块连接；电机驱动模块与直流电机连接；舵机云台上设置超声波模块；电源模块分别为主控制模块、图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块提供电源；图像采集模块，用于采集图像信息并将图像信息发送至主控制模块；火源检测模块，用于检测火源信息并将火源信息传输至主控制模块；主控制模块，用于分析图像信息与火源信息后向电机驱动模块输出控制信号并驱动红外避障模块；根据接收的障碍物识别信息分别向舵机云台、超声波模块输出控制信号；根据接收的距离信息向电机驱动模块输出控制信号并驱动灭火模块；电机驱动模块，用于控制小车的转向角度以及前进的速度和距离；红外避障模块，用于发送与接收红外线对障碍物进行识别并将障碍物识别信息输送至主控制模块；舵机云台，用于转动超声波模块进行测量；超声波模块，用于测量小车与障碍物的距离并将距离信息输送至主控制模块；灭火模块，进行灭火。

还包括设置于车体上的显示模块；显示模块与主控制模块的输出端连接，用于显示图像信息、火源信息、障碍物识别信息、距离信息；显示模块采用TFTLCD显示屏，显示屏原理图如图4所示。主控制模块采用STM32F103ZET6单片机，单片机原理图如图2所示。图像采集模块采用OV7725摄像头，摄像头原理图如图3所示。灭火模块包括灭火云台、喷射装置、储存容器；主控制模块分别与灭火云台、喷射装置连接；灭火云台上设置喷射装置，用于转动喷射装置；喷射装置与储存容器连接，用于抽取储存容器内的灭火剂进行灭火喷射；储存容器内存储液态二氧化碳灭火剂。火源检测模块采用Flame-D五路火焰传感器，用来检测火焰，探测范围广，大于150度，输出数字信号或模拟信号，适合高精度的场合。舵机云台采用SG90 舵机云台。超声波模块采用HC-SR04超声波模块。红外避障模块采用红外收发传感器。电机驱动模块采用L293D驱动芯片，L293D芯片可实现电机正反以及调速，启动性能好，启动转矩大，驱动能力更强，可以同时驱动两台直流电机。并且通过L293D驱动芯片可以使用变积分PID算法对PWM进行调速，加快小车的反应速度。电源模块采用的是两节串联的14500锂电池，电压为7.4V，经过降压电路降压至5V后，给主控制模块以及各个外围模块供电。

具体实施时，采用的电源是两节串联的14500锂电池，电压为7.4V，经过降压电路降压至5V后，给以主控制模块及各个外围模块供电。主控制模块为STM32F103RCT6单片机，是 STM32f10x系列，外围模块包括OV7725摄像头，Flame-D火焰传感器，红外收发传感器，SG90 舵机，HC-SR04超声波测距传感器，L293D驱动芯片以及直流减速电机。

小车上的OV7725摄像头拍摄出图像并将图像发送至STM32单片机，如图5所示，小车的位移过程为小车上的OV7725摄像头进行拍摄前面的图像，OV7725摄像头获取图像信息发送至STM32单片机，STM32单片机对获取的图像信息进行灰度变换，然后进行降噪处理，接着选取最佳阈值，基于最佳阈值进行图像分割，被测火源中心点定位，进行位移计算。当Flame-D 火焰传感器检测到火焰时，STM32单片机产生外部中断，计算火焰的位置，计算出电机转动的角度，STM32单片机根据拍摄图像与火源的位置，控制小车的转向角度以及前进的速度和距离。到达火源的位置后，STM32单片机发送控制指令给灭火模块进行灭火，使用携带的二氧化碳灭火剂进行灭火，当检测到火焰消失时，STM32单片机发送控制指令给灭火模块停止灭火。

小车运用四轮驱动的结构，通过直流电机控制四轮的转速达到前进、后退、转向的功能，其中速度都可以进行人为设定。将红外避障模块安装在小车前端，一旦发现前方5cm有障碍物后，就会立刻停止并且转动舵机云台扫描小车两侧，判断两侧是否有障碍物，若有，则测量小车与两侧障碍物的距离判断转弯方向。

在前进过程中，若红外收发传感器检测到前方有障碍物，则给STM32单片机的GPIO返回一个低电平，产生中断，使小车停止前进，此时，STM32单片机产生周期为20ms的PWM控制 SG90舵机转动HC-SR04超声波测距传感器，测量小车距两侧障碍物的距离并且加以分析，让小车向距离较大的方向转向。避开障碍物。每次避障结束后，重新计算火焰位置，让小车向火焰继续进发。到达预定位置后，启动灭火模块，使用携带的二氧化碳灭火剂进行灭火，直到火焰传感器检测到火焰消失。在工作时，STM32单片机将接收到的实时图像信息、火源信息、障碍物识别信息、距离信息发送至TFTLCD显示屏，进行显示。在灭火后会反复确认火源是否熄灭，灭火五分钟后，若再次出现火源则再次启动灭火模块进行灭火，否则小车按原路返回，到达原出发地点后，除了火焰传感器其他模块停止工作。灭火模块采用液体二氧化碳作为灭火剂，液体二氧化碳作存储于储存容器，液体二氧化碳从喷射装置中喷出时，会由液体迅速汽化成气体，而从周围吸收部分热量，起到冷却的作用。二氧化碳灭火剂具有价格低廉，获取、制备容易等优点，不易对实验器材造成二次污染，其主要依靠窒息作用和部分冷却作用灭火。

本实用新型的五路火焰传感器设计集成度很高，可以测量150度范围以内的火源地点，并且火焰传感器实时将火源的信息入单片机，经过位置处理后，算出火源的位置，及时反馈火源位置信息，调整电机转动，角度转动速度达到闭环控制的效果。

本实用新型采用L293D驱动芯片驱动直流减速电机，驱动力强，增强了小车对不同地面不同地形的适应能力，电机调速采用变积分PID算法，红外收发传感器检测到前方有障碍物时，小车提前减速在距离障碍物5cm处精确停止，防止因为车速过快导致刹车不及时而带来碰障事故。使用SG90舵机云台转动HC-SR04超声波模块，使原本只能测量15度范围内物体距离的模块可以测量180度范围内物体的距离，本实用新型计只测量小车两侧障碍物和小车的距离，经过算法运算判断小车接下来的转弯方向。由于采用的是直流电机，调速和启动性能优秀，因此小车停止之后重新启动很快，大大提高小车的响应速度，使其能够快速到达火源地点。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于STM32的智能消防小车,包括车体，其特征在于，设置于所述车体上的主控制模块、电源模块、图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块、电机驱动模块、直流电机；所述图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块、电机驱动模块分别与主控制模块连接；所述电机驱动模块与直流电机连接；所述舵机云台上设置超声波模块；所述电源模块分别为主控制模块、图像采集模块、灭火模块、火源检测模块、舵机云台、超声波模块、红外避障模块提供电源；所述图像采集模块，用于采集图像信息并将图像信息发送至主控制模块；所述火源检测模块，用于检测火源信息并将火源信息传输至主控制模块；所述主控制模块，用于分析图像信息与火源信息后向电机驱动模块输出控制信号并驱动红外避障模块；根据接收的障碍物识别信息分别向舵机云台、超声波模块输出控制信号；根据接收的距离信息向电机驱动模块输出控制信号并驱动灭火模块；所述电机驱动模块，用于控制小车的转向角度以及前进的速度和距离；所述红外避障模块，用于发送与接收红外线对障碍物进行识别并将障碍物识别信息输送至主控制模块；所述舵机云台，用于转动超声波模块进行测量；所述超声波模块，用于测量小车与障碍物的距离并将距离信息输送至主控制模块；所述灭火模块，进行灭火。

2.根据权利要求1所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，还包括设置于所述车体上的显示模块；所述显示模块与主控制模块的输出端连接，用于显示图像信息、火源信息、障碍物识别信息、距离信息；所述显示模块采用TFTLCD显示屏。

3.根据权利要求2所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，所述主控制模块采用STM32F103ZET6单片机。

4.根据权利要求1所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，所述图像采集模块采用OV7725摄像头。

5.根据权利要求1所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，所述灭火模块包括灭火云台、喷射装置、储存容器；所述主控制模块分别与灭火云台、喷射装置连接；所述灭火云台上设置喷射装置，用于转动喷射装置；所述喷射装置与储存容器连接，用于抽取储存容器内的灭火剂进行灭火喷射；所述储存容器内存储液态二氧化碳灭火剂。

6.根据权利要求1所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，所述火源检测模块采用Flame-D五路火焰传感器。

7.根据权利要求1所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，所述舵机云台采用SG90舵机云台。

8.根据权利要求1所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，所述超声波模块采用HC-SR04超声波模块。

9.根据权利要求1所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，所述红外避障模块采用红外收发传感器。

10.根据权利要求1所述的基于STM32的智能消防小车，其特征在于，所述电机驱动模块采用L293D驱动芯片。

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