陳思

摘要：火災(zāi)是給人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的危險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)災(zāi)情很重要。倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)火災(zāi)發(fā)生比較頻繁的場(chǎng)所，所以企業(yè)及大量學(xué)者投入倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究中，致力研發(fā)火災(zāi)報(bào)警和預(yù)防系統(tǒng)。[1]本文主要對(duì)倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)排查機(jī)器人進(jìn)行研究，應(yīng)用溫度傳感器及煙霧傳感器，設(shè)計(jì)一個(gè)基于STC51單片機(jī)巡查火災(zāi)機(jī)器人。

Abstract： Fire is a great danger to people's personal safety and property safety. It is very important to find out the disaster in time. Warehouse is a place where fires occur frequently， so enterprises and a large number of scholars have devoted themselves to the research of warehouse fire alarm system. This paper mainly studies the warehouse fire detection robot， and designs a fire inspection robot by using temperature sensor and smoke sensor， which is based on STC51 single chip.

關(guān)鍵詞：溫度傳感器;煙霧傳感器;火焰?zhèn)鞲衅?排查火災(zāi)機(jī)器人

Key words： temperature sensor;smoke sensor;flame sensor;fire detection robot

0? 引言

由于部分倉(cāng)庫(kù)環(huán)境復(fù)雜、堆放物品雜而亂、老倉(cāng)庫(kù)電氣線路隱患多等原因，多倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)火災(zāi)發(fā)生概率較高的場(chǎng)所，所以必須對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行監(jiān)控。[2]如果在火災(zāi)的初期就能產(chǎn)生報(bào)警，并且準(zhǔn)確性、可靠性都高，那么能減少很多的財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡。[3]很多企業(yè)會(huì)安排員工定期對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行巡查和監(jiān)控，但是這樣的監(jiān)控，一來(lái)太消耗勞動(dòng)力，二來(lái)員工在夜晚精神狀況較差，難免對(duì)工作有所疏忽，所以火災(zāi)電子監(jiān)控設(shè)備必不可少。目前，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了大量的煙霧報(bào)警系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)，主要是在倉(cāng)庫(kù)的各個(gè)角落安裝煙霧報(bào)警系統(tǒng)。由于倉(cāng)庫(kù)的空間比較大，布線復(fù)雜，線路故障檢測(cè)與維護(hù)工作繁瑣。本文以平面?zhèn)}庫(kù)為研究對(duì)象，使用QRA4.U系列火焰?zhèn)鞲衅?、MQ-2煙霧傳感器、溫度傳感器和搭建紅外線檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)火災(zāi)，使用紅外傳感器作為循線傳感器，應(yīng)用無(wú)Wifi無(wú)線通信等技術(shù)，對(duì)倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)排查移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行研究。

1? 硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 QRA4.U系列火焰?zhèn)鞲衅鞯暮?jiǎn)介

火焰?zhèn)鞲衅鞒１挥糜谌細(xì)饣蛉加突鹧娴谋O(jiān)測(cè)。這個(gè)系列的火焰?zhèn)鞲衅髂軌虮O(jiān)測(cè)燃?xì)饣鹧?、黃色或藍(lán)色燃油燃燒火焰以及點(diǎn)火火花。當(dāng)波長(zhǎng)為190～270nm范圍內(nèi)的光照射到QRA4.U系列火焰?zhèn)鞲衅鲿r(shí)，就會(huì)觸發(fā)火焰?zhèn)鞲衅?，啟?dòng)帶有兩個(gè)電極的內(nèi)部電路的電流?；鹧?zhèn)鞲衅鞑粫?huì)對(duì)燃燒室內(nèi)灼熱的耐火磚，日光或照明光線產(chǎn)生反應(yīng)。圖1是QRA4.U系列火焰?zhèn)鞲衅鳌?/p>

1.2 基于紅外光電二極管的火焰檢測(cè)電路

紅外光電二極管跟普通的二極管相似，PN節(jié)也有單向?qū)ㄐ?，單向?qū)娮桦S著紅外光線的強(qiáng)度成反比。本文將紅外光電傳感器與10K的電阻串聯(lián)，紅外光電二極管的正極的電位作為電壓比較器LM393的輸入。比較器的另一輸入管腳跟可調(diào)電阻相連，從而獲得0～5V范圍的可調(diào)電壓。發(fā)光二極管D1用作電源指示燈，D2用作開(kāi)關(guān)指示燈。

1.3 MQ-2煙霧傳感器的簡(jiǎn)介

MQ-2煙霧傳感器對(duì)液化氣、天然氣、城市煤氣、二氧化碳等氣體有較好的靈敏度。傳感器內(nèi)的氣敏電阻的電阻值范圍為電阻值范圍1～20kΩ。具有模擬量輸出及TTL電平輸出，模擬輸出電壓范圍為0～5V，能夠直接與51系列單片機(jī)直接相連。輸出的模擬電壓與氣體濃度呈正比。具有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。

1.4 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的簡(jiǎn)介

L298N是由兩個(gè)H橋組成的全橋式驅(qū)動(dòng)器，是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，額定功率為25W。該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或者一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)。用L298N驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，通過(guò)對(duì)使能端ENA、ENB、A1、A2、B1、B2輸入不同組合的邏輯電壓信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。當(dāng)確定了轉(zhuǎn)向后（例如A1、A2被置1，確定了正轉(zhuǎn)的方向），對(duì)使能端輸入PWM脈沖信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。

1.5 ESP8266 WIFI通信模塊的簡(jiǎn)介

ESP8266無(wú)線通信模塊采用串口與MCU（或其他串口設(shè)備）通信，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)串口與WIFI之間的轉(zhuǎn)換，兼容51系列的單片機(jī)系統(tǒng)。除了電源管腳外的四個(gè)管腳分別是通信接口RXD、TSD，RST重啟管腳，和I0-0管腳（低電平時(shí)燒寫(xiě)模式，高電平是運(yùn)行模式），與單片機(jī)的連接方便，RXD可以與單片機(jī)的TXD管腳直接連接，TXD管腳能直接跟單片機(jī)的RXD管腳直接連接。

1.6 原理圖設(shè)計(jì)

本文選用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片，使用煙霧傳感器、火焰檢測(cè)傳感器、紅外檢測(cè)電路，搭建一個(gè)集合多傳感器檢測(cè)系統(tǒng)。使用兩個(gè)直流電機(jī)及紅外循跡傳感器來(lái)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)任務(wù)。采用Wifi無(wú)線通信，發(fā)出報(bào)警信號(hào)來(lái)觸發(fā)保安室的報(bào)警裝置。煙霧傳感器與單片機(jī)的連接簡(jiǎn)單，只需要將煙霧傳感器的模擬輸出電壓腳AO或者邏輯信號(hào)輸出管腳DO跟單片機(jī)的一個(gè)I/O接口相連即可，紅外檢測(cè)電路、火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)電路及溫敏電阻檢測(cè)電路輸出的是邏輯信號(hào)，分別接到單片機(jī)的一個(gè)I/O接口。循跡電路采用的是識(shí)別路線的四紅外開(kāi)關(guān)傳感器，跟單片機(jī)的4個(gè)I/O接口相連。采用了L298N驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，將模塊上的兩組（6個(gè)管腳）使能端跟單片機(jī)相連，結(jié)合軟件編程即可完成兩個(gè)電機(jī)制動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反正、調(diào)速的控制。采用了硬件設(shè)計(jì)框圖如圖7所示，主控電路及管腳分配如圖8所示，紅外檢測(cè)電路、藍(lán)牙通信電路、煙霧傳感器電路如圖9所示，其他外圍電路（溫敏電阻檢測(cè)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及循跡電路）。[4]

2? 程序設(shè)計(jì)

在程序設(shè)計(jì)了，在主程序采用查詢的方法來(lái)查詢循跡傳感器的檢測(cè)信號(hào)，判斷機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向是否需要調(diào)整及怎樣調(diào)整。采用定時(shí)中斷的方法對(duì)紅外循跡傳感器電路火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)電路、溫敏電阻檢測(cè)電路、煙霧傳感器電路的輸入信號(hào)，然后作判斷。將火焰?zhèn)鞲衅麟娐?、溫敏電阻檢測(cè)電路及基于紅外檢測(cè)電路的輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算判斷，如果三個(gè)電路中有兩個(gè)以上檢測(cè)到火焰，單片機(jī)則通過(guò)WiFi電路將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，觸發(fā)保安室的報(bào)警裝置。如果煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧濃度超標(biāo)，單片機(jī)也發(fā)出信號(hào)觸發(fā)報(bào)警裝置。主程序設(shè)計(jì)框圖如圖11所示，中斷子函數(shù)設(shè)計(jì)框圖如圖12所示。

3? 結(jié)束語(yǔ)

由于危險(xiǎn)化學(xué)品的腐蝕、有毒、易燃易爆特性，存儲(chǔ)?；返膫}(cāng)庫(kù)若發(fā)生火災(zāi)事故將導(dǎo)致極大的安全財(cái)產(chǎn)損失研究立體倉(cāng)庫(kù)的貨位火災(zāi)預(yù)警具有重要現(xiàn)實(shí)意義。[4]本文以平面?zhèn)}庫(kù)為研究對(duì)象，對(duì)火災(zāi)排查機(jī)器人進(jìn)行基本研究，將傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)應(yīng)用到本設(shè)計(jì)中，對(duì)硬件設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)作了簡(jiǎn)單的闡述。至于倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)排查機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，例如，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)電路的靈敏性及準(zhǔn)確性、遠(yuǎn)距離的無(wú)線通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)通信、機(jī)器人的滅火裝置等，后期還需要投入大量的研究工作。

參考文獻(xiàn)：

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