方芳 靳作寶 賀麟 李史玉 徐佳宇 盧???/p>
摘? 要:隨著社會的發(fā)展以及科技水平的不斷提高,“智慧消防”的技術在防火監(jiān)督業(yè)務工作上發(fā)揮著事半功倍的作用。該項目對“智慧消防”課題開展研究,針對我國火災防控體系還不夠完善,智能化程度較低,且各地分散研發(fā)應用,沒有統(tǒng)一標準這一現(xiàn)象,該文設計了一款基于UWB定位技術的消防巡檢機器人系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)用戶指定的路線通過算法進行路線識別和位置識別,自主精確循跡。用戶可以通過藍牙對系統(tǒng)進行參數(shù)設置以及運動控制,從而增強其實用性。
關鍵詞:UWB定位? 紅外熱成像? zigbee無線通訊? 智慧消防
中圖分類號:TN925 ? ?文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2019)09(b)-0012-02
國際上最早開展消防機器人研究的是美國和前蘇聯(lián),稍后,英國、日本、法國、德國等國家也紛紛開始研究該類技術。目前已有很多種不同功能的消防機器人用于救災現(xiàn)場。我國在近些年來“智慧消防”的研究與推廣中也取得了豐碩成果,確立了自上而下的“一庫三網(wǎng)”體系建設框架。
該控制系統(tǒng)以MK60N512VMD100為主控芯片,操作員利用Zigbee無線通訊技術,實現(xiàn)對機器人的控制。車載紅外熱像儀通過圖傳模塊將采集到的視頻信息發(fā)送給上位機進行顯示處理。UWB模塊定位目標物體位置,進行自主循跡。實現(xiàn)全智能化預防火災,減小火情。極大程度上降低了消防工作所需要的人力物力。并能夠根據(jù)采集到的視頻信息及時采取有效的救護措施。
1? 系統(tǒng)整體設計
整個控制系統(tǒng)主要包括了UWB定位模塊,紅外熱像儀測溫模塊,ZigBee無線通訊模塊,圖傳模塊,消防滅火機構5部分組成,其中Zigbee和圖傳模塊實現(xiàn)上下位機的交互,UWB和紅外熱像儀分別實現(xiàn)定位和監(jiān)控。
2? 系統(tǒng)硬件設計
2.1 動力結構設計
為了更好的適應周圍路況環(huán)境,選用了履帶式輪系結構,加大了輪子與地面的接觸面積,增大了對地面的附著力。具有良好的通過性,可以適用于多種惡劣的路面情況。應用范圍廣。
2.2 主控電路設計
主控電路主要由主控芯片、顯示模塊、電機驅動、電源穩(wěn)壓、按鍵調試電路等組成。電源輸入7.2V電壓,其中主控芯片選用恩智浦公司生產(chǎn)的MK60N512VMD100,144引腳的有多達100多個IO口,支持ADC采集、UART串口發(fā)送、定時器、flash存儲、PWM輸出等強大功能。還有豐富的外設模塊可以使用。
3? 系統(tǒng)軟件設計
3.1 UWB定位算法設計分析
UWB是一種無線射頻信號。UWB發(fā)射極短的脈沖,瞬間脈沖有著急劇的波峰波谷,因此信號發(fā)射的起止時間更容易測量。這意味著兩個UWB設備之間的距離可以通過測量電波在設備之間傳輸所用時間精確,相比于信號強度估計距離更精確的距離。本文選用了TDOA定位算法,這種定位方法不需要基站與定位標簽時間同步,只需要保持參考節(jié)點之間同步。在實際應用中更容易實現(xiàn),成本也相對較低。
3.2 下位機軟件設計
下位機控制流程如圖3所示,整個控制分為3個中斷,其中包括1個定時器中斷2個串口中斷。首先進行初始化,每隔10ms對電機進行一次控制量輸出,同時等待接收上位機發(fā)來的控制信號以及UWB發(fā)送的位置數(shù)據(jù)
3.3 上位機軟件設計
上位機工作流程如圖4所示,首先對各模塊進行初始化,建立攝像頭和串口的連接,直至連接成功后判斷是否接收到操作員的控制信號,如果有則將控制信號發(fā)給下位機,此時上位機還會通過藍牙接收zigbee發(fā)來的數(shù)據(jù)解析、存儲并顯示到界面。
4? 結語
該文設計的智能消防巡檢機器人系統(tǒng)解決了消防工作所需要的大量人力物力的問題,還可以代替?zhèn)}庫、工廠、小區(qū)等巡邏安保人員,對所檢測的環(huán)境進行實時監(jiān)控并通過紅外熱像儀對周圍環(huán)境進行熱量分析,達到火災預防的目的。下位機通過Zigbee進行無線通信,傳輸距離遠且功耗低,大大提高了機器人的靈活性。同時履帶式的輪系結構具有良好的通過性,可以適用于多種惡劣的路面情況。
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