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咸宁学院本科毕业论文(设计):文献综述
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文献综述
基于AT89S52的消防灭火小车的设计
随着社会经济的迅猛发展,建筑和企业生产的特殊性,导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加,事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故,消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时,若没有相应的设备贸然冲进现场,不仅不能完成任务,还会徒增人员伤亡,这方面已有诸多的教训。因而为了更好地解决前述难题,消防灭火机器人应运而生。
消防灭火机器人属于特种机器人范畴,它作为特种消防设备可以替代消防队员接近火灾现场实施有效的灭火救援作业,开展各项火场侦察任务,尤其是在危险性大或者消防队员不易接近的场合,消防灭火机器人的应用将大大提高消防部门扑灭恶性火灾的能力,对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡具有重要的作用。在我国消防部门配备消防机器人的问题非常迫切了。消防机器人的应用将大大提高消防部门扑灭恶性火灾的能力。
二、主体
国外消防灭火机器人的发展历史
国际上较早开展消防机器人研究的是美国和前苏联,稍后,英国、日本、法国、德国、等国家也纷纷开始研究该类技术。目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。
国际上对消防机器人的研究可分为三个阶段(三代),第一代是程序控制消防机器人,第二代是具有感觉功能的消防机器人,第三代是智能化消防机器人。目前,工业发达国家正在加快开发具有不同功能的实用型的第二代消防机器人和第三代低级智能化消防机器人,着手研究第三代高级智能机器人。一些工业发达国家把研究开发消防机器人列入国家技术发展规划,将它作为经济发展的一个重要保证手段。
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日本投入应用的消防机器人最多。80年代,日本研制了不少于5种型号的自动行驶消防机器人,分别配备于大阪、东京、高石、太田、蒲田等消防部门,这类机器人以内燃机或电动机作为动力,配置驱动轮或履带式行驶机构,能爬坡、越障碍;装有较大喷射流量的消防枪炮,能作俯仰和左右回转;装有气体检测仪器和电视监视设备;通过电缆或无线控制,控制距离最大为100m。另一类机器人为侦察、抢险机器人,除装有气体检测仪器和电视监视器设备外,还装有机械手,能通过遥控处理危险物品。
美国已研制出能依靠感觉信息控制的救灾智能化机器人,亚利桑诺州消防部门研制的消防机器人,装有破拆工具和消防水枪,能一边破拆,一边喷射灭火。
国内消防灭火机器人的发展现状
我国大约有30家左右的高等院校和研究院所在从事各类机器人的研究工作,自1971年以来,已在机器人的感觉识别,操作、移动技术,人机接口技术,智能化技术等方面取得了可喜的成就。部分科研成果,如工业装配、焊接、喷涂,搬运、探伤、水下作业、过程测量机器人已进入实用阶段,某些控制、传动元器件的产品技术已接近国际先进水平,为消防机器人的研制创造了良好的环境条件。
近年来,我国消防机器人的研制工作得到了政府有关部门的支持。1995年上海市科学技术委员会批准公安部上海消防科学研究所着手研制我国第一台消防机器人——自行式消防炮,目前该项目已通过验收并顺利进入产业化阶段。该消防机器人系统由运载车、机器人本体、控制系统和供电系统组成,运载车用于将机器人从消防站运至火灾现场,并装有消防机器人的后方控制操作台,电缆卷盘,水带等附件。消防机器人采用外部供电系统提供动力,完成控制、侦检、灭火、冷却,稀释等工作。该消防机器人的研制成功标志着我国第一代(多功能)消防机器人正式诞生,填补了我国在消防机器人领域的空白,其技术水平达到了国际80年代中期的消防机器人水平[5。]
消防灭火机器人的基本功能
消防灭火机器人具有的基本功能包括以下几个方面:行驶电机的控制、消防喷枪位置的控制、现场信息的采集、数据处理与通信等等。消防机器人往往需要在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣环
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境中进行火场侦察、化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业。某些特定功能的消防机器人应该具备以下某项或几项行走和自卫功能:爬坡、登梯及障碍物跨越功能,耐温和抗热辐射功能,防雨淋功能,防爆、隔爆功能,防化学腐蚀功能,防电磁干扰功能,遥控功能等[1。]
消防灭火机器人的优点和缺点
优点
无生命损伤性。消防机器人作为一种无生命载体,在面临高温、有毒、缺氧和浓烟等各种危险复杂的环境时,在人力所不及之处可充分发挥其作用,大大减少消防人员伤亡。如若配备消防机器人,黄岛油库、“”湖南衡阳大火酿成的悲剧本可以避免。
可重复使用性。消防机器人作为一种特殊武器装备,在细心维护保养的同时,可反复多次使用,发挥其效能。
人工智能性。现代机器人是人工智能、神经网络、计算机技术、自动控制、电力电子、模糊控制和***等高端学科的结合体。而消防机器人作为特种机器人的一种,更是揉合了各项高新技术成果,机器人已是反应国家的技术先机与否的标志之一。各国政府技术部门、公司针对消防员面临日趋复杂的应急救援的环境,在目前人工智能已成熟的前提下,结合了其他各项高新技术,针对特殊情况开发出具有针对性的消防机器人。可根据现场实际情况,自主判断实际危险情况来源,进行数据收集、处理、传输反馈、灭火等工作。
缺点
维护保养复杂。由于消防机器人属于高新技术的结合体,对操控、维护保养人员有一定的要求,专业方面要求有一定的知识,要定期举行专业人员培训,尤其是电子元件,或可能受到潮湿、浓烟和灰尘等影响,需要一定的维护保养知识基础。
造价高昂。由于消防机器人属于高等学科知识和各项先进高新技术的集合体,研制时间较长,研制经费较高,且生产数量并不多,造成价格普遍昂贵,不能大量配备消防部队。同时,各地区经济发展不平衡,政府财政拨出能力有限,也是其不能大量配备消防部队的重要原因之一。
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本课题的设计思想
根据课题的要求,本消防灭火小车在设计上与常见的消防灭火机器人有一定的不同。
1)消防灭火小车行进路线的选择。通常一般的灭火机器人的行进路线不是固定的而是根据实际的情况进行自动判定。但在本课题中由于消防灭火小车只需要在大小相对固定的空旷的平地上进行灭火,因而经过综合考虑选择了固定的循迹行进方式。选择循迹行进方式的优点是:简化了小车最佳路线判断的步骤、避免了小车探测火源时可能会出现的错误判断[4]。
编程语言的选择。由于本课题的主控芯片的选用的是AT89S52,因而选用C语言进行编程。对于单片机控制程序的设计C语言是一种通用的计算机程序设计语言,在国际上非常流行,它既可以用来编写计算机的系统程序,也可以用来编写一般的应用程序。以前计算机的系统软件主要用汇编语言编写,单片机应用系统更是如此。由于汇编语言程序的可读性和可移植性都较差,采用汇编语言编写单片机应用,不但周期长,而且调试和排错也比较困难,为了提高编制单片机应用程序的效率,改善程序的可读性和可移植性,采用高级语言无疑是一种最好的选择,C语言既具有一般高级语言的特点,又能直接对计算机的硬件进行操作,表达和运算能力也较强,许多以前只能采用汇编语言来解决的问题都可以用C语言来解决。基于C语言的特点,用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势[14]。
火源探测方式的选择。在一般的消防灭火机器人上配置的都是高灵敏度的紫外线火焰传感器和烟雾传感器。这样可以保证在第一时间发现火源并灭火。本课题中的火源是小车启动前就存在的,因而无需选择昂贵的传感器来进行火源探测,经过相应的研究选用了远红外火焰传感器。远红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在760纳米〜1100纳米范围内的热源,能将探测到的火焰信号转为0-5V的电压信号,红色线接DC5V,黑色线接GND绿色线信号输出,可直接输入IC。利用这个火焰传感器可以很好的精确火源的位置[6]
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。
小车灭火位置的定位。通常一般的消防灭火机器人是利用红外进行灭火位置的定位,即利用红外将小车定位在灭火装置的有效工作范围内。本课题利用
上述远红外火焰传感器与火源不同的距离产生不同的电信号来控制小车的
停止与灭火[12。]
灭火方式的选择。由于课题中的火源是用蜡烛模拟的,因而选择了风扇的灭火方式。原因是实现起来方便,便于调整和检修。
三、总结
本设计开发的智能消防灭火小车应用范围十分广泛,设计的智能消防灭火小车能够实现火源监控、报警、具有自动循迹、吹风灭火、返回起始点等功能,可通过火源的监控来进行控制小车的动作。本设计具有很好的开发前景,将会受到广大安全防护人员的欢迎。
四、参考文献
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⑹刘伟•传感器原理及其适用技术[M].北京:电子工业出版社,.
[7][M].北京:化学工业出版社,.
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[9]李广弟,朱月秀•冷祖祁•单片机基础[M].北京航空航天大学出版社,.
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[11]田拓,郭中华,丁帅华,等•基于AT89C52单片机智能小车的设计[J].宁夏工程技术,200
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[14]周坚•单片机C语言轻松入门[M].北京:北京航空航天大学出版社,.