關(guān)于倉庫火災(zāi)排查機器人的研究

陳思

摘要：火災(zāi)是給人們的人身安全和財產(chǎn)安全帶來了極大的危險，及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)情很重要。倉庫是一個火災(zāi)發(fā)生比較頻繁的場所，所以企業(yè)及大量學(xué)者投入倉庫火災(zāi)報警系統(tǒng)的研究中，致力研發(fā)火災(zāi)報警和預(yù)防系統(tǒng)。[1]本文主要對倉庫火災(zāi)排查機器人進行研究，應(yīng)用溫度傳感器及煙霧傳感器，設(shè)計一個基于STC51單片機巡查火災(zāi)機器人。

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)機器人

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

0? 引言

由于部分倉庫環(huán)境復(fù)雜、堆放物品雜而亂、老倉庫電氣線路隱患多等原因，多倉庫是一個火災(zāi)發(fā)生概率較高的場所，所以必須對倉庫進行監(jiān)控。[2]如果在火災(zāi)的初期就能產(chǎn)生報警，并且準確性、可靠性都高，那么能減少很多的財產(chǎn)損失及人員傷亡。[3]很多企業(yè)會安排員工定期對倉庫進行巡查和監(jiān)控，但是這樣的監(jiān)控，一來太消耗勞動力，二來員工在夜晚精神狀況較差，難免對工作有所疏忽，所以火災(zāi)電子監(jiān)控設(shè)備必不可少。目前，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了大量的煙霧報警系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)，主要是在倉庫的各個角落安裝煙霧報警系統(tǒng)。由于倉庫的空間比較大，布線復(fù)雜，線路故障檢測與維護工作繁瑣。本文以平面?zhèn)}庫為研究對象，使用QRA4.U系列火焰?zhèn)鞲衅鳌Q-2煙霧傳感器、溫度傳感器和搭建紅外線檢測電路來檢測火災(zāi)，使用紅外傳感器作為循線傳感器，應(yīng)用無Wifi無線通信等技術(shù)，對倉庫火災(zāi)排查移動機器人進行研究。

1? 硬件電路設(shè)計

1.1 QRA4.U系列火焰?zhèn)鞲衅鞯暮喗?/p>

火焰?zhèn)鞲衅鞒１挥糜谌細饣蛉加突鹧娴谋O(jiān)測。這個系列的火焰?zhèn)鞲衅髂軌虮O(jiān)測燃氣火焰、黃色或藍色燃油燃燒火焰以及點火火花。當波長為190～270nm范圍內(nèi)的光照射到QRA4.U系列火焰?zhèn)鞲衅鲿r，就會觸發(fā)火焰?zhèn)鞲衅鳎瑔訋в袃蓚€電極的內(nèi)部電路的電流?；鹧?zhèn)鞲衅鞑粫θ紵覂?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裕瑔蜗驅(qū)娮桦S著紅外光線的強度成反比。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用作開關(guān)指示燈。

1.3 MQ-2煙霧傳感器的簡介

MQ-2煙霧傳感器對液化氣、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，具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。

1.4 L298N電機驅(qū)動模塊的簡介

L298N是由兩個H橋組成的全橋式驅(qū)動器，是一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片，額定功率為25W。該芯片可以驅(qū)動兩個直流電機，或者一臺兩相步進電機或四相步進電機。用L298N驅(qū)動模塊來驅(qū)動直流電機時，通過對使能端ENA、ENB、A1、A2、B1、B2輸入不同組合的邏輯電壓信號，來實現(xiàn)電機的控制。當確定了轉(zhuǎn)向后（例如A1、A2被置1，確定了正轉(zhuǎn)的方向），對使能端輸入PWM脈沖信號，可實現(xiàn)直流電機的調(diào)速。

1.5 ESP8266 WIFI通信模塊的簡介

ESP8266無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系列的單片機系統(tǒng)。除了電源管腳外的四個管腳分別是通信接口RXD、TSD，RST重啟管腳，和I0-0管腳（低電平時燒寫模式，高電平是運行模式），與單片機的連接方便，RXD可以與單片機的TXD管腳直接連接，TXD管腳能直接跟單片機的RXD管腳直接連接。

1.6 原理圖設(shè)計

本文選用AT89S52單片機作為主控芯片，使用煙霧傳感器、火焰檢測傳感器、紅外檢測電路，搭建一個集合多傳感器檢測系統(tǒng)。使用兩個直流電機及紅外循跡傳感器來完成機器人的運動任務(wù)。采用Wifi無線通信，發(fā)出報警信號來觸發(fā)保安室的報警裝置。煙霧傳感器與單片機的連接簡單，只需要將煙霧傳感器的模擬輸出電壓腳AO或者邏輯信號輸出管腳DO跟單片機的一個I/O接口相連即可，紅外檢測電路、火焰?zhèn)鞲衅鳈z測電路及溫敏電阻檢測電路輸出的是邏輯信號，分別接到單片機的一個I/O接口。循跡電路采用的是識別路線的四紅外開關(guān)傳感器，跟單片機的4個I/O接口相連。采用了L298N驅(qū)動模塊來驅(qū)動兩個直流電機，將模塊上的兩組（6個管腳）使能端跟單片機相連，結(jié)合軟件編程即可完成兩個電機制動、停止、正轉(zhuǎn)、反正、調(diào)速的控制。采用了硬件設(shè)計框圖如圖7所示，主控電路及管腳分配如圖8所示，紅外檢測電路、藍牙通信電路、煙霧傳感器電路如圖9所示，其他外圍電路（溫敏電阻檢測電路、電機驅(qū)動電路及循跡電路）。[4]

2? 程序設(shè)計

在程序設(shè)計了，在主程序采用查詢的方法來查詢循跡傳感器的檢測信號，判斷機器人的運動方向是否需要調(diào)整及怎樣調(diào)整。采用定時中斷的方法對紅外循跡傳感器電路火焰?zhèn)鞲衅鳈z測電路、溫敏電阻檢測電路、煙霧傳感器電路的輸入信號，然后作判斷。將火焰?zhèn)鞲衅麟娐贰孛綦娮铏z測電路及基于紅外檢測電路的輸出信號進行邏輯運算判斷，如果三個電路中有兩個以上檢測到火焰，單片機則通過WiFi電路將發(fā)出報警信號，觸發(fā)保安室的報警裝置。如果煙霧傳感器檢測到煙霧濃度超標，單片機也發(fā)出信號觸發(fā)報警裝置。主程序設(shè)計框圖如圖11所示，中斷子函數(shù)設(shè)計框圖如圖12所示。

3? 結(jié)束語

由于危險化學(xué)品的腐蝕、有毒、易燃易爆特性，存儲危化品的倉庫若發(fā)生火災(zāi)事故將導(dǎo)致極大的安全財產(chǎn)損失研究立體倉庫的貨位火災(zāi)預(yù)警具有重要現(xiàn)實意義。[4]本文以平面?zhèn)}庫為研究對象，對火災(zāi)排查機器人進行基本研究，將傳感器技術(shù)、單片機技術(shù)、電子技術(shù)應(yīng)用到本設(shè)計中，對硬件設(shè)計和程序設(shè)計作了簡單的闡述。至于倉庫火災(zāi)排查機器人的關(guān)鍵技術(shù)，例如，視覺檢測技術(shù)、檢測電路的靈敏性及準確性、遠距離的無線通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)通信、機器人的滅火裝置等，后期還需要投入大量的研究工作。

參考文獻：

[1]高帥，朱國慶，趙永昌.一起倉庫火災(zāi)事故調(diào)查與場景再現(xiàn)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2018，37（08）：1148-1151.

[2]梁雅楠.“三小場所”電氣火災(zāi)防控技術(shù)的研究[D].西安理工大學(xué)，2018.

[3]孔祥濤.高架倉庫的火災(zāi)探測器選型與布置[J].現(xiàn)代建筑電氣，2018，9（04）：45-47.

[4]盧浩.基于光纖拉曼散射的?；妨Ⅲw倉庫貨位火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的研究[D].北京化工大學(xué)，2018.