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消防车模完成抢险熄灭义务的兑现要领

发布时间:2019-01-24 04:07:00 文章来源:博硕光电    

苑喷鼻平 胡铭 侯涛 朱业

摘 要:若但愿消防车模在火灾现场的指定区域内可以取代事情职员主动、急剧地完成抢险熄灭义务,就一定会晤临诸多灾题。为此,基于一种模仿的火灾现场和消防智能电动小车什物模子,从路径辨认、直流电念头过度过程、PWM把握调速、路径最优化以及定点熄灭这5个方面临行车过程伸开探究,就相关问题给出响应的解决要领。实践表明,该车模在尝试室情况下事情本能良好,能够轻快完成消防义务。

关头词:循线讯断;过度过程;PWM技艺;最优路径;定点熄灭

中图分类号:TU998.1 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2018)29-0029-04

Abstract: If the fire fighting vehicle model in the designated area of the fire scene can replace the staff to complete the task of rescue and fire fighting automatically and quickly, it is bound to face many difficulties. Therefore, based on a simulated fire scene and fire intelligent electric vehicle physical model, this paper discusses the driving process from five aspects: path identification, DC motor transition process, PWM control speed regulation, path optimization and fixed point fire extinguishing. The corresponding solutions to the related problems are given. The practice has proved that the vehicle model has excellent working performance in laboratory environment and can easily complete the fire fighting task.

Keywords: line following decision; transition process; PWM technology; optimal path; fixed-point extinguishing

媒介

众所周知,糊口中的火灾表象时有产生且难以幸免,重要风险人身和产业安好。是以,智能熄灭机械人的研制一直在路上。

为助力智能熄灭机械人的进一步成长,基于一种模仿的火灾现场和消防智能电动小车什物模子,探究车模行车过程中所碰到的有关问题并给出对应的解决要领,同时议决现实应用测试其事情本能。

1 火灾现场模仿情况

如图1所示,模仿的火灾现场为6X6白色方格区域。个中,以烛炬充任火源随机分布在园地傍边,4个窒碍物固定在响应的位置,外围顶角的4个方格为安好区域。车模能够在随意率性一个安好区域开动,然后按照预先设定的路径避让窒碍物循黑线达到指定区域完成抢险熄灭义务。

2 消防智能电动小车什物模子

如图2所示,该模子由车基、红外对管、火焰探测仪、熄灭装配、主控板、驱动和电源等模块构成。

2.1 车基

车基是承载全部模块的关头,包罗高本能电机驱动芯片L298N所驱动的2路小型直流电念头、万向轮、亚克力板底座和车牌。较4路小型直流电念头所带动的车体而言,这种类型的车基使得车模转向加倍便捷。

2.2 红外寻迹对管

红外对管是一种光电寻迹传感器,由响应的芯片驱动才气正常事情。由图1和图3可知,在2路小型直流电念头的中火线区域至少安装4路该模块才气有用地鉴别纷乱的路面环境,进而来判别是否执行响应的行车指令。因车模的行进是由位置固定的红外对管所决意,故简称循线讯断。

2.3 火焰传感器

该模块专门用来检测四周空间中存在的火焰,探测距离和精度均可调度,其安装于直流电念头和红外对管之间,并与红外探头程度线成45度角,如许安装的目的是为了尽可能的增大火焰感知局限。

2.4 熄灭小电扇

因模仿火场内以烛炬火焰充任火源,故可选取小电扇将其吹灭来模仿抢险熄灭事情,其安装位置位于火焰检测探头的正上方并与园地中随机分布的烛炬火焰等高。

值得注意的是,小车在进步过程中发现火源后执行泊车指令,老是会与火源误差必然角度,导致小电扇无法正对火源,从而很难将其灭火,抢险熄灭义务就无法完成。是以,为了正确、靠得住地熄灭,一个适用小技能是小电扇在安装时必要与火焰传感器程度线错开必然的角度。

2.5 主控板

主控板是车模完成抢险熄灭义务的批示中心,其外部设备示意图如图4所示。个中,电源选取节能、环保的新式电池,指示灯表征电源是否处于供电状况,LM2596降压/稳压模块给上述传感器对应的驱动以及SCMC/EMCU 51焦点主控供给赓续可调的电压。

Single Chip Micro-Computer/Embedded Micro-Controller Unit 51即51單片微型谋略机或嵌入式微把握器,作为主控板的焦点,惟有在电源、晶振和复位电路的共同下才气够正常事情,继而把握车模的整个行车过程,其PROTEUS仿真电路图如图5所示(以AT89C51RD

2型单片机为例)。

下文就车模在整个行车过程傍边所碰到的有关问题伸开探究。

3 路径辨认

今朝,用于辨认路径的传感器有许多,包罗摄像头、CCD光电传感器、灰度管以及红外对管等。思虑到模仿火场的现实环境,基于光线反射原理,选用成本较低且易判断曲直短长线的红外寻迹对管作为行车指引仪性价比最高。

4 过度过程

直流电念头是一种将直流电能转换为机器能的电磁机器装配,在正常的电力拖动体系傍边,每每必要由一个不变状况过渡到另一个不变状况,这个过程称为电力拖动的过度过程,包罗起动、正常运行和制动三个方面。下面以他励直流电念头为例,探究小型直流电念头的过度过程。

4.1 起动过度过程

他励直流电念头的励磁线圈和电枢绕组离别零丁供电,按照先励磁后电枢的原则起动。若是直接起动,电枢电流会突增,将损坏传念头构。是以,能够接纳减压起动和串电阻起动的要领以限定电枢电流。车模电源的供电电压较小且小型直流电念头前置专用的高本能L298N驱动芯片,以是直接授予其把握旌旗灯号起动即可。

4.2 正常运行过度过程

对付直流电念头而言,该过程又包罗正反转、调速和负载突变3个子模块。个中,车模的全部设备一直保留固定,以是负载突变导致的不确定性因素能够忽视不计;直流电念头的正反转则直接由其驱动芯片所领受到的逻辑旌旗灯号来决意;而车模的运行速率倒是整个行车过程的焦点地点,对应的调速要领有降电压调速和弱磁调速等多种体式格局,这里选取应用较为普遍的PWM把握技艺来调速,同时调速本能的优劣取决于调速局限、静差率和滑润性等技艺和经济目标。

4.3 制动过度过程

他励直流电念头有2种事情状况,离别是电动运转状况和制动运转状况。个中,电动运转状况能够由上述2个过度过程评释,而制动运转状况的特点是电机电磁转矩的偏向与转速的偏向相背,目的是使电力拖动体系泊车。

泊车的要领有解放泊车法、电磁制动器“抱闸”法、能耗制动、反接制动和回馈再生制动法5种路子,较为经济的是回馈再生制动法。固然,车模泊车最快捷的能控体式格局就是其驱动芯片旌旗灯号领受端执行置位或清零操作即均为高电平旌旗灯号或低电平旌旗灯号。

5 PWM把握调速

PWM(Pulse Width Modulation)即脉冲宽度调制,是一种基于冲量/面积等效原理,议决对一系列等幅不等宽矩形波脉冲的宽度进行调制来等效得到所需波形的适用技艺。SCMC/EMCU 51主控发生PWM旌旗灯号的基本体式格局有3种,离别是延时模仿、按时器模仿和计数器设置专用IO口输出。延时模仿体式格局实用于电机速率测试,因占用CPU的执行空间会对其他操作发生作梗,故不予选取;较前者而言,按时器模仿体式格局虽然本能良好,但被很多操作共享,把握繁琐,故也不行选取;而计数器设置专用IO口输出体式格局只需配置好响应的计数器,将单片机外部P1^3和P1^4中随意率性一个把握口的输出旌旗灯号送入高本能电机驱动芯片L298N的把握端,就能够让车模不变地得到盼望的行车速率,故可选取该体式格局。

6 路径最优化

行车路径可随便配置,只要完成义务即可,但若是要求用时最短、检测局限无死角,那么最优的行车路径可如图6所示,如许便可同时餍足上述2个要求。图6基于图1模仿的火灾现场,白色轨道为行车路径,议决图中的玄色短箭头进行指引可知车模转向环境。

7 定点熄灭

正确找到火源并将其灭火是义务中最直接的目的,要兑现这一指标,就务必记载车模行车过程中所颠末的十字交织点位置信息,才气在体面的位置靠得住泊车。即便车模可以定点泊车,也并不克不及保证火源被灭火,若是泊车时延伸小电扇的事情时间,那么这个问题将水到渠成。

下面给出十字交织点位置信息的采集步骤,对行车原理作一增补讲明。

综上所述,搭载PWM把握调速步骤和十字交织点位置信息采集步骤的车模在模仿火场中行车不变,能够主动、急剧地发现火源后准时定点泊车并将其灭火,可以完成指定区域内的抢险熄灭义务。

8 告终语

阅历证,该消防智能电动小车什物模子在尝试室情况下事情本能优良,是以在全国大学徒电子设计比赛中取得了优秀的成就。信任以此为原型的智能熄灭机械人会逐渐投入到现实应用傍边并遍及开来,为人类自身和产业安好保驾护航。

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科技立异与应用 2018年29期

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