基于单片机灭火机器人的设计

王哲　孙洪超　张皖军

摘要：以STM32F103T8B6单片机为核心处理器，设计了一款灭火机器人，完成硬件原理图绘制，电路板的制作及程序的调试。实验表明，设计的灭火机器人能准确寻找火源位置并成功灭火，在寻找火源位置的过程中实现避障功能，系统性能稳定达到预期效果。

关键词： 机器人；灭火；避障

中图分类号：TP242文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.10.004

0引言

最早的灭火机器人是日本东京消防厅 “彩虹5号”机器人，科技的进步伴随智能化的提高，消防机器人也有了长足的的发展[1]。在分析消防机器人特点的基础上，设计了基于STM32F103T8B6的滅火机器人，其具有一定的智能性，可通过检测外部环境，沿指定路径到达火场后快速准确找到火源，成功灭火。

1硬件设计

单片机具有计算机的基本功能是机器人控制系统的大脑和中枢神经。本设计由STM32F103T8B6单片机、电机驱动芯片、火焰传感器模块、循迹传感器模块和超声波传感器等组成。

STM32F103T8B6是一款常用的单片机，具有良好的性能，USB专用的48 MHz时钟由内部主PLL直接产生[2]。下载芯片型号选用CH430G，其性能稳定且易于购买[3]。电源转换芯片采用TPS5410和LM117，分别转换为5 V和3.3 V供电控制系统、各路传感器及驱动模块。LM117的输入电压最大可以达到30 V左右，输出电压可以达到1.5～32 V，LM117的稳压效果比较出色，不过在使用的时候要特别注意功耗问题和散热问题。LM117一共有三个有效管脚，一个电压输入管脚一个电压输出管脚一个电压调节管脚。输入管脚输入正电压，输出管脚接负载， 电压调节引脚一个引脚接电阻在输出引脚，另一个连接可调电阻并接地。输入和输出引脚对地要接滤波电容。TB6612FNG电机驱动芯片可同时驱动灭火机器人的两个电机，控制灭火机器人的前进、转弯等。TB6612FNG的逻辑电平采用3.3 V的直流电源，并在VCC电源输入接01 μF的电容，在VM电源输入端并联一个0.1 μF的电容和10 μF的电解电容。以灭火机器人前进方向为正方向，在其正前方的中间位置安装循迹传感器模块，从左至右依次命名为T1、T2、T3、T4。

火焰传感器用于灭火机器人检测火源位置，利用红外线对火焰非常敏感的特点，特制红外线接收管检测火焰，将亮度转化为电平信号传递主控芯片[4、5]。同样以灭火机器人前进方向为正方向，在其左侧、正前方和右侧的位置分别安装火焰传感器模块，依次命名为F1、F2、F3。

灭火装置用5 V直流风扇并以TB6612控制，找到火源后，控制风扇熄灭火源。

2安装调试

灭火机器人的安装工作主要是对自己设计的电路板进行元器件的焊接，对灭火机器人的搭建和选择合适的位置，对各个传感器模块进行安装以及电源线、信号线、电机连接线的接线任务。硬件调试主要检查焊接是否正确，串口通信是否正常。软件调试主要实现以下功能：使开启电源后灭火机器人直行，通过寻迹模块判别规定路线并沿规定路线行走，进入房间寻找火源，熄灭火源后，退出房间。根据要求调试不断调整传感器位置，使控制效果最优。

3结论

本文设计了基于单片机的灭火机器人，通过检测传感器信号，判断当前机器人周边环境并进行不同的动作。采用PWM占空比调控机器人的电机速度，用速差控制机器人转向。循迹传感器模块实现机器人沿设定路线寻迹，超声波传感器模块实现机器人避障功能，火焰传感器检测火源位置后，打开灭火装置灭火。通过室内环境模拟测试，设计的灭火机器人沿指定路线前进，可以快速的找到火源并准确灭火，可靠性高，抗干扰能力强，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1]张建中，李东民，张陟峰.转臂式灭火机器人灭火技术研究与实现[J].现代制造工程，2010（7）：139.

[2]王瑞.智能灭火机器人的设计及制作研究[J].科技视界，2013（9）：92.

[3]李茜，杜刚，魏利卓，等. 智能灭火机器人的控制系统设计与实现[J].辽宁工业大学学报（自然科学版），2012（8）：227.

[4]胡晓军，蔡兰蓉，王英杰. 灭火机器人控制技术研究[J].微型机与应用，2014（8）：78.

[5]林小杰，吴凡. 灭火机器人竞赛中火焰搜索路径的设计与实现[J]. 浙江树人大学学报（自然科学版），2014（3）：5.endprint