基於ARM的滅火機器設計
技術廣角
作者：黃睿 汪斌
摘要：以室內環境為研究對象，設計了一個自主行走的滅火機器人。係統以ARM單片機為核心控製單元，結合避障傳感器、紅外傳感器和灰度傳感器等實現了機器人自主行走並滅火。根據環境參數要求，對機器人的設計方案進行了合理的選擇和分析，實現了機器人穩定、快速、精確消滅火源。通過實例驗證，設計方案穩定可靠，機器人可在10秒內完成尋找火源並滅火。
關鍵詞： PWM電路；測障傳感器；火焰傳感器；直流電機
中圖分類號：TP312 文獻標誌碼：A 文章編號：1006-8228（2014）01-11-03
0 引言
目前很多高等院校和研究院所從事各類機器人的研究工作，已經在機器人的感覺識別、操作、移動技術、人機接口技術、智能化技術等方麵取得了可喜的成就。這些成就為滅火機器人的研製創造了良好的環境條件。本文針對滅火機器人的硬件條件和滅火比賽的具體功能要求，進行了智能滅火機器人精確控製研究，實現機器人快速穩定地滅火。
1 研究任務
本研究是針對家庭環境下的滅火機器人，讓機器人在室內環境內自主完成火源的查找並消滅火源，以火源查找與滅火的精確性和快速性為設計要求。以蠟燭模擬火源，隨機分布在場地中，模擬滅火場地。
2 係統工作原理及功能簡介
本係統采用32位ARM內核單片機作為主機控製模塊。采用紅外避障傳感器來識別牆壁和障礙物，用火焰傳感器來檢測火源。單片機對傳感器識別到的信號加以分析和判斷，通過對直流電機的控製實現小車前進和滅火的任務。
3 硬件設計
3.1 紅外避障電路
紅外避障傳感器是一種集發射與接收於一體的光電傳感器，根據高頻調製的紅外線在待測距離上往返產生的相位移推算出光束度越時間Δt，從而根據DCΔt/2計算出裏待測物體的距離。這裏選擇納英特公司的紅外避障傳感器，數字量輸出，不需要進行AD轉換，可直接連接單片機的IO口。該傳感器具有探測距離遠、受可見光幹擾小、價格便宜、易於裝配、使用方便等特點，額定工作電壓為5V，可以廣泛應用於機器人避障、流水線計件等眾多場合。
本紅外避障傳感器引出三條接口線，分別對應VCC、GND、OUT。它的輸出狀態是0、1。即遇到障礙物時為低電平，沒有遇到障礙物時為高電平。
3.2 火焰檢測電路
火焰傳感器是機器人專門用來搜尋火源的傳感器。為了對火焰實現準確定位，我們采用多通道火焰傳感器，使用多個火焰傳感器協同感知的辦法，來判斷火源相對於機器人的位置。在安裝時考慮檢測的角度，將傳感器安放在與火焰同高的水平麵上。這些火焰傳感器分布在機器人的傳感器板的正前，正左，正右。火源傳感器能夠探測到波長在700納米-1000納米範圍內的紅外光，其中紅外光波長在880納米附近時的靈敏度達到最大。
在設計時首先設定一個閥值，開機默認閥值為100，可通過機器人單片機的程序來更改閥值，範圍在20～200。機器人在行進過程中，如果測到的最大值小於閥值，則表示沒有火焰，此時傳感器采用折半查找的方法來尋找最大值，每次采集6個通道並找出最大值，保存好最大值以及其通道號，檢測一次大概需要216uS，傳感器上的指示燈呈流水燈狀態。如果測到的最大值大於閥值，則表示有火焰，此時傳感器采用追蹤法來尋找最大值，每次隻檢測當前最大值所在通道以及其左右兩邊的通道，再比較這三個通道的數據，保存好其中最大值以及其所在通道號，將此次最大值的通道號作為下一次檢測時的最大值通道。