應(yīng)用nRF24L01設(shè)計(jì)的智能滅火小車

王福平等

摘 要： 在此的設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)，由nRF無線通信模塊，多傳感器檢測(cè)模塊，滅火設(shè)備模塊和電源驅(qū)動(dòng)模塊組成。通過煙霧報(bào)警系統(tǒng)的無線發(fā)射模塊與智能滅火車本身的無線接收模塊之間建立的的無線通信迅速得到房間著火的信號(hào)，然后啟動(dòng)相應(yīng)程序，通過超聲波傳感器測(cè)距檢測(cè)前進(jìn)，紅外傳感器尋找火源，實(shí)現(xiàn)完整的滅火過程。

關(guān)鍵詞： nRF無線通信； 多傳感器綜合運(yùn)用； At89s52；智能滅火

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）08?0019?03

Intelligent fire car designed with nRF24L01

WANG Fu?ping， TANG Xiao?hu， ZHU Ling

（Beifang University of Nationalities， Yinchuan 750021， China）

Abstract： The AT89S52 single chip microcomputer is used in design of the intelligent fire car， which is composed of nRF wireless communication module， multi?sensor detection module， firefighting equipment module and power dri?ving module. The signal indicating that a room is firing can be quickly got through the wireless communication chan?nel between wireless transmitting module of smoke alarm system and wireless receiving module mounted in the intel?ligent fire fighting car， in which the corresponding program is start up， and the distance to the firing room is detected by ultrasonic sensor. The intelligent fire fighting car looks for the fire source according the instruction of its infrared sensor， and achieves the complete process of extingiushment.

Keywords： nRF wireless communication； multi?sensor integrated use； At89s52； intelligent extingiushment

隨著國(guó)家與社會(huì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)，各種危險(xiǎn)場(chǎng)所火災(zāi)頻繁出現(xiàn)，會(huì)給社會(huì)和人民造成重大的損失和傷害。消防救援人員就算速度再快，但也需要一段不少的時(shí)間?；仡櫼酝鶓K痛的火災(zāi)案例，當(dāng)消防人員到來時(shí)，火勢(shì)往往已經(jīng)蔓延增大，損失也不可挽回。由此智能滅火車的必要性不言而喻。

1 總體設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)是利用AT89S52單片機(jī)制作的智能滅火小車，可實(shí)現(xiàn)從收集著火信息到搜索火源再到滅火全過程。采用后輪驅(qū)動(dòng)，左右后輪各用一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)[1]動(dòng)態(tài)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速，首先利用各傳感器采集信息，通過軟件編程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的滅火功能

2 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

制作機(jī)器人選擇的是AT89C52單片機(jī)，可以說它是增強(qiáng)型的80C51。是一種低功耗、高性能的微控制器，具有8 Kb的系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器，擁有8位CPU[2]。滅火車的硬件結(jié)構(gòu)分為NRF無線通信模塊、多傳感器檢測(cè)模塊、電源驅(qū)動(dòng)模塊、滅火設(shè)備模塊。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 nRF無線通信模塊

設(shè)計(jì)選擇的nRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片，通過它實(shí)現(xiàn)該設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)，在智能滅火車上，將其設(shè)置為無線信號(hào)接收模式，將模擬的房間內(nèi)煙霧報(bào)警系統(tǒng)的無線通信模塊設(shè)置為發(fā)射模式，該芯片工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段[3]，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5 mA，接收時(shí)工作電流只有18 mA。

2.2 電源驅(qū)動(dòng)模塊

智能滅火車的電機(jī)采用L1298N芯片驅(qū)動(dòng)。L298是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于H橋電路，其內(nèi)部包含四通路的邏輯驅(qū)動(dòng)電路[4]?？梢灾苯訉?duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，無需隔離電路，并且可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)如圖2的M1，M2兩個(gè)電機(jī)。

2.3 檢測(cè)模塊

檢測(cè)是滅火機(jī)器人看周圍環(huán)境的過程也就是機(jī)器人的眼睛，主要分為尋跡檢測(cè)測(cè)與火源檢測(cè)，需要用到的傳感器有超聲波傳感器，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳌?/p>

2.3.1 尋跡檢測(cè)

機(jī)器人滅火比賽中主要采用沿墻走尋跡算法，用HC?SR04的超聲波傳感器測(cè)距感知墻壁的距離[5]，當(dāng)與墻壁的距離大于某一范圍時(shí)則判定為通路，小于某一范圍時(shí)則表明檢測(cè)方向阻塞，從而控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎、直走、沿墻走的功能。

2.3.2 火焰檢測(cè)

遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅魇抢眉t外敏感元件對(duì)紅外信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)強(qiáng)度將其轉(zhuǎn)化為機(jī)器人可以識(shí)別的信號(hào)從而檢測(cè)火焰信號(hào)，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y(cè)波長(zhǎng)在700～1 000 nm范圍內(nèi)的紅外線，探測(cè)角度為60°。其中紅外線波長(zhǎng)在880 nm范圍內(nèi)其靈敏度達(dá)到最大[6]。滅火機(jī)器人小車前部裝有4個(gè)遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅?，?dāng)進(jìn)入某一房間后，傳感器會(huì)迅速收集來自周圍的環(huán)境信息。若收集到火源發(fā)出的紅外光，根據(jù)光的強(qiáng)弱判斷正確的方向，機(jī)器人迅速上前將火熄滅，如果沒有檢測(cè)到紅外信息則通過尋跡檢測(cè)駛出房間，并繼續(xù)行進(jìn)，進(jìn)入下一個(gè)房間，直到發(fā)現(xiàn)火源并將其熄滅為止。

2.4 滅火設(shè)備模塊

設(shè)計(jì)采用風(fēng)扇滅火，由舵機(jī)控制轉(zhuǎn)向，電機(jī)帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)是一個(gè)微型的伺服控制系統(tǒng) 其工作原理如圖3所示，它是由控制電路接收信號(hào)源的控制脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪組將電機(jī)的速度成大倍數(shù)縮小，并將電機(jī)的輸出扭矩放大響應(yīng)倍數(shù)，然后輸出；電位器和齒輪組的末級(jí)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度；電路板檢測(cè)并根據(jù)電位器判斷舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，然后控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到目標(biāo)角度或保持在目標(biāo)角度。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件流程圖簡(jiǎn)述

家用型滅火機(jī)器人在開始后處于初始化待機(jī)狀態(tài)當(dāng)nrf無線接收模塊接收到某一房間內(nèi)發(fā)出的滅火信號(hào)后，便開始搜索火源。找到火源后通過滅火裝置迅速將火滅掉，然后停止前進(jìn)。根據(jù)以上描述，設(shè)計(jì)的機(jī)器人滅火程序流程圖如圖4所示。

3.2 部分源程序

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4 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)的智能滅火車實(shí)現(xiàn)顯現(xiàn)實(shí)情況下滅火的全過程，在多次模擬家庭滅火實(shí)驗(yàn)中基本達(dá)到了預(yù)期效果，能夠在收到著火信息后搜索火源并實(shí)施滅火，有待改進(jìn)的地方主要是搜索過程不流暢，易被小障礙物干擾，程序需進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化算法提高單片機(jī)處理速度。

參考文獻(xiàn)

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