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多功能智能消防机器人

高工
2014-03-07 11:42:36    评分

作者:滨州学院 胡健健、董艳艳、柳保林

指导教师:李洁 王彩凤

 

作品简介

  开发背景:随着我国经济建设的高速发展,现住高层楼房的人员越来越多,货物往楼上、楼下的运输,对居民特别是老年人来说特别不方便;在者,高层建筑的防火、灭火问题也日益备受社会各界和广大人民的关注,但是由于高层建筑建设规模大,很多情况下发生火灾后人员是很难进入了解灾情情况的,更不能及时有效地采取措施进行灭火,进而导致悲惨严峻的后果。

  结构说明:结构图如下:

 

  图1 系统结构框图

  功能介绍与使用说明:该消防车能实现载运货物爬楼梯的功能;平地行走的功能,并利用电脑、平板、手机实现WIFI视频遥控,可控制小车在平地及复杂的地形中转弯运行、前进或后退;其次,还有检测环境中可燃性气体并报警的功能;拾取物体的功能,通过舵机控制两个机械臂来实现;最重要的一点是自动寻火及灭火功能,并且车上还安装了WIFI摄像头和无线收发装置nrf2401,及时的把现场信息传输出来,显示在电脑、平板或手机上,以让外部人员及时了解现场的灾情状况。

  该车在使用时,首先需要打开信号收发装置的电源,使信号收发装置发射出无线WIFI信号,然后通过电脑、平板电脑或者手机对无线WIFI信号进行搜索并进行连接,连接过程中需要出入密码。

  图片:

  正面图:

  图2正面图

  侧面图:

  图3侧面图

  小车模型图如下:

  图4模型图

  作品特色:

  先进性与实用性:

  1、该消防车解决了当今小车不能载物自动爬楼梯的功能,对于居住高层的居民特别是老年人来说,往楼上拖运东西是一件非常不容易的事,为此我们设计了这款多功能消防车可以实现载物爬楼梯的功能,这不仅提高了物体楼梯运输的效率,还节省了人力和物力。

  2、该消防车还配有WIFI摄像头,具有实时视频监控并传输、自动灭火及环境检测的功能,解决了高层建筑着火时人员不能进入灭火,并了解其内灾情情况的问题,而且对环境中的可燃性气体进行自动监控,并及时报警提示的功能。

  3、该消防车还具有拾取物体的功能,通过舵机控制机械臂的弯曲、伸缩、上升与下降,从而控制其机械臂拾取物体并放到车上,驮着物体上下楼梯,且把物体放到需要的地方去的功能。

  4、该消防车具有远程监控的功能,通过CC1100收发模块进行远程控制,实时显示楼房内的烟雾浓度,火焰的有、无,室内的温湿度等。

  创新性:

  1、该装置的主动车轮为四角星形支架,利用了四角形的结构简单,主节点负担轻,隔离容易的特点;从动车轮为三角星形的支架,利用了三角形的稳定性能比较好的特点。

  2、该装置在爬楼梯的功能上,采用了滑轮的原理以及摩擦力原理,用主动轮带动从动轮的运动,改变了传统只有利用皮带才能爬楼的功能,既节省了资源,又简单、方便。

 

平台选型说明

 

1、 单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)

2、MQ-2烟雾传感器模块

3、L298N驱动电路模块

4、三拓直流减速电机

5、舵机

6、灭火器(0.5kg

7、火焰传感器

8、Nrf2401无线收发模块

9、WIFI摄像头模块

10、蜂鸣器报警模块

 

设计说明

  本系统以STC15F2K61S2单片机为主控系统,集成了WIFI摄像头模块、烟雾传感器检测模块、火焰传感器模块、无线收发装置nrf2401、电机驱动模块、12864液晶显示模块、电机模块、主动轮模块、从动轮模块、蜂鸣器报警模块、灭火装置等多个模块。以下是各个模块。

  1、主控制器模块:采用STC15F2K61S2单片机作为主控制芯片。STC15F2K61S2单片机是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器,片内大容量2048字节SRAM,内部集成高可复位电路并可彻底省掉外部昂贵的复位电路,具有8K在系统可编程FLASH存储器,32个可设置四种模式的外部双向I/O口,运行速度快,价格便宜,性价比高。

  如下图5所示:

 

  图5主控制器

  2、显示模块:

  方案一、12864液晶显示,具有耗电量低,容量大,既能显示字母、数字,也能显示汉字,控制简单,成本较低等特点。

  方案二、传统的数码管只能显示0~9的数字和一些简单的字符、字母等,不能显示汉字,且电路复杂,占用资源较多且信息量小。

  经过综合考虑,我们选用方案一用12864液晶显示。如下图6所示:

  图6液晶

  3、驱动电路设计:此小车采用L298N电机驱动芯片模块,由单片机控制其工作,从而控制小车的运动状态。此芯片工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制,控制直流电机简单容易。该驱动模块使用光耦将电机电压与信号电压分隔,增强了可靠性。如下图7所示:

  图7电机驱动

  4、火焰传感器模块:火焰传感器是机器人专门用搜寻火源的传感器,采用宽电压LM339比较器,感应灵敏度可调,数字开关量输出形式,可检测周围环境火焰或者波长在760-1100纳米范围内的光源,通过电位器调节阈值,当火焰模块检测到环境火焰超过此阈值时,OUT引脚会输出低电平。通过对对OUT引脚的检测,由此来检测周围环境的火焰是否存在。如下图8所示:


  图8火焰传感器

  5、无线收发模块:

  方案一、CC1100无线收发装置,CC1100是一款新型单片射频收发器件,CC1100无线收发模块最高工作速率达1Mbps,125频道满足多点通信和跳频通信需要,体积小巧约50mm*20mm,高效GFSK调制,抗干扰能力强

  方案二:蓝牙技术是一个开放性的、短距离无线通信技术标准,它工作在全球通用的2.4GHZ ISM 频段,采用跳频扩频技术,可以用于近距离通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互连,在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的数据和语音通信,实现全方位的数据传输。主要适用于近距离通信。如下图9所示:

  图9CC1100模块

  6、电源稳压模块:Lm7805三端稳压电路是电流源型稳压电路,是通过调节输出电流来保证输出端电压的,其反馈量是电压,基准量也是电压,经过内部电路转化成反馈电流和基准旁路电流,其差值减去旁路内部电流源,使输出电流满足端电压的稳定。如下图10所示:

  图10  稳压模块

 

此文档的相关视频来自:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13421  




关键词: 智能     消防     STC15F2K61S2     L298N         

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