张建明 栾学涛 沈友祥 吴铭 刘学三
摘 要：多功能火场救援机器人以STC89C51单片机为控制核心，结合红外火焰传感，TELESKY HC-SR04超声波测距传感，A7 GSM/GPRS/GPS模块、TS832图传发射机、RC805图传接收机、FPV2.1mm500万像素摄像头、MQ-3酒精传感器、MQ-2烟雾气敏傳感器、机械手，能代替消防员在危险的火场环境中完成灭火救援，定位通讯，检测搬运等任务。
关键词：多功能 传感器 图像传输 通信定位 STC89C51
中图分类号：TU998 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0065-02
1 选题的依据和意义
随着社会经济的迅猛发展，我国城市化建设和工业化建设进一步加快，涌现了大量的高层建筑、地下设施和大型化工企业，伴随着的是放射性物质和化学危险品泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌等事故隐患增加。一旦发生火灾事故，在充满烟雾甚至是毒气的灾害环境中，消防员救援工作难度较大，人身安全也受到威胁。
纵观我国近年来发生的火灾事故，出现消防员死伤的“二次灾难”现象并不在少数。面对严峻的消防现状，如何保护在火场“冲锋陷阵”的火场英雄是一个亟需解决的重要问题。而我国现有的消防类机器人大都功能单一，因此创新出智能化，多功能化的火场救援机器人就格外重要。
2 生活中的现状及其发展的情况
工作强度大，硬件与救援任务不匹配一直都是我国消防部门面临的问题。我国消防部门从2004年就开始配备消防机器人，但依赖进口且功能单一。我国消防部队配备的消防类机器人存在数量有限，地区分布不均匀等问题。我国目前处于消防机器人的发展阶段，与国外的机器人产业相比仍有不小差距。
由于多方面原因，目前市场上的大部分消防机器人都不具备多功能化、智能化的特点，往往只能在特定的工作场景中执行救援任务，并且造价昂贵，难以大面积投产。而我国火灾事故频发，消防员的安全问题引人重视，创新出功能全面、工作效率高的消防机器人对保护国家和公民的财产安全，促进我国消防事业的发展有重大意义。
3 主要功能和性能指标
3.1 主要功能
本机器具有功能全面、实用性强、智能化等特点，能代替消防员进入有毒、浓烟、高温、缺氧等高危险性灭火救援现场，完成侦察检验、排烟降温、搜索救人、灭火控制等任务，在减少消防员伤亡的同时，有效控制险情，完成救援工作，在危险情况下的侦查和搜救任务中发挥重要作用。
小车进入火场后，由红外火焰传感器检测到火焰，由车身两侧的超声波传感器检测障碍物。灭火机器人通过比较车身两侧的距离自主做出前进，左转，右转的指令，并多次采样滤除杂波来控制小车平稳运行。当小车遇到火源时，由STC89C51控制的中断程序启动，小车停止运行，L298N电机驱动板控制的水泵开始工作。水流经水泵由软管流出，作用于火焰，直到火焰熄灭，小车继续向前行进。
小车装有烟雾传感器、摄像头、图传发射机与接收器、A7 GSM/GPRS/GPS模块与机械手，可在以上过程中检测火场烟雾浓度，并实时定位，传输火灾现场图像，车身的机械手可结合图传系统远程手动控制，能在火灾现场抓起危险物品，清理障碍物，便于消防员在场外及时了解火场灾情及人员伤亡情况，做出有效判断并制定救援计划。
3.2 主要性能指标
L298N电机驱动板
红外火焰传感器
MQ-3酒精传感器
MQ-2烟雾气敏传感器
TELESKY HC-SR04超声波传感器
A7 GSM/GPRS/GPS模块
TS832图传发射机 RC805图传接收机 FPV2.1mm500万像素摄像头
4 系统软件设计
启动小车后，超声波传感器发出的超声波碰到障碍物后反射的部分回波由探头接收并转换为电信号，从而计算出探头至被测物体的距离。小车比较车身两侧距障碍物的距离，向距离大的一侧行进，达到避障目的。在小车行进的同时，红外线火焰传感器检测到火焰后，单片机的中断程序启动，小车开始灭火，在火苗熄灭后，小车在超声波传感器的配合下继续工作。
5 创新点、应用前景以及发展方向
5.1 创新点
本机器结合多种传感器，可代替消防员进入火势凶猛的房屋、爆炸或弥散毒气的现场，到达消防员无法抵达、无法观测的受灾部位，能够完成寻找火源并熄灭、检测气体浓度，传输图像，实时定位、通话通信、搬运障碍物等任务。
小车配有摄像头、图传系统、A7 GSM/GPRS/GPS模块，在具有传统灭火机器人工作功能的同时，又具备了通信及定位功能。摄像头可使场外人员观测火场灾情并发现伤员;A7 GSM/GPRS/GPS模块及通信与定位功能为一体，可用来确定起火点或伤员位置，并使伤员及时与消防人员联系，提高救援效率，获得有效救治;救援人员通过图传系统用来操控机械手，可搬运障碍物，清理路障。
此外，本机器配有烟雾传感器及酒精传感器，能及时检测危险气体，可工作于多种火灾情景，功能多样，适应性强。
5.2 应用前景
随着中国制造2025的提出，我国机器人产业有了政策支持，2016年由工信部、发改委、财政部等三部委联合引发的《机器人产业发展规划（2016-2020）》中，消防机器人被列为十种重大标志性率先突破产品之一。在国家政策的强力支持下，机器人产业迎来了极好的机遇。
本机器功能多样，工作效率高，适应能力强，具有创新性，可工作于浓烟、有毒等火灾场景，切实用于消防部门救灾作业，提高消防工作效率，为火场救援赢得宝贵的时间。
6 系统结构设计
如图1所示。
参考文献
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