消防滅火小車文獻綜述.doc

咸寧學院本科畢業(yè)論文（設計）：文獻綜述電子與信息工程學院 本科畢業(yè)論文(設計)文 獻 綜 述學生姓名： 宋 海 軍 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 李 東 京 2010年 2 月文獻綜述 基于AT89S52的消防滅火小車的設計一、前言隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，建筑和企業(yè)生產(chǎn)的特殊性，導致化學危險品和放射性物質(zhì)泄漏以及燃燒、爆炸、坍塌的事故隱患增加，事故發(fā)生的概率也相應提高。一旦發(fā)生災害事故，消防員面對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時，若沒有相應的設備貿(mào)然沖進現(xiàn)場，不僅不能完成任務，還會徒增人員傷亡，這方面已有諸多的教訓。因而為了更好地解決前述難題，消防滅火機器人應運而生。消防滅火機器人屬于特種機器人范疇，它作為特種消防設備可以替代消防隊員接近火災現(xiàn)場實施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項火場偵察任務，尤其是在危險性大或者消防隊員不易接近的場合，消防滅火機器人的應用將大大提高消防部門撲滅惡性火災的能力，對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。在我國消防部門配備消防機器人的問題非常迫切了。消防機器人的應用將大大提高消防部門撲滅惡性火災的能力。二、主體1. 國外消防滅火機器人的發(fā)展歷史國際上較早開展消防機器人研究的是美國和前蘇聯(lián)，稍后，英國、日本、法國、德國、等國家也紛紛開始研究該類技術。目前已有很多種不同功能的消防機器人用于救災現(xiàn)場。 國際上對消防機器人的研究可分為三個階段(三代)，第一代是程序控制消防機器人，第二代是具有感覺功能的消防機器人，第三代是智能化消防機器人。目前，工業(yè)發(fā)達國家正在加快開發(fā)具有不同功能的實用型的第二代消防機器人和第三代低級智能化消防機器人，著手研究第三代高級智能機器人。一些工業(yè)發(fā)達國家把研究開發(fā)消防機器人列入國家技術發(fā)展規(guī)劃，將它作為經(jīng)濟發(fā)展的一個重要保證手段。 日本投入應用的消防機器人最多。80年代，日本研制了不少于5種型號的自動行駛消防機器人，分別配備于大阪、東京、高石、太田、蒲田等消防部門，這類機器人以內(nèi)燃機或電動機作為動力，配置驅(qū)動輪或履帶式行駛機構，能爬坡、越障礙；裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉(zhuǎn)；裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視設備；通過電纜或無線控制，控制距離最大為100m。另一類機器人為偵察、搶險機器人，除裝有氣體檢測儀器和電視監(jiān)視器設備外，還裝有機械手，能通過遙控處理危險物品。 美國已研制出能依靠感覺信息控制的救災智能化機器人，亞利桑諾州消防部門研制的消防機器人，裝有破拆工具和消防水槍，能一邊破拆，一邊噴射滅火。2. 國內(nèi)消防滅火機器人的發(fā)展現(xiàn)狀我國大約有30家左右的高等院校和研究院所在從事各類機器人的研究工作，自1971年以來，已在機器人的感覺識別，操作、移動技術，人機接口技術,智能化技術等方面取得了可喜的成就。部分科研成果,如工業(yè)裝配、焊接、噴涂，搬運、探傷、水下作業(yè)、過程測量機器人已進入實用階段，某些控制、傳動元器件的產(chǎn)品技術已接近國際先進水平，為消防機器人的研制創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。 近年來，我國消防機器人的研制工作得到了政府有關部門的支持。1995年上海市科學技術委員會批準公安部上海消防科學研究所著手研制我國第一臺消防機器人自行式消防炮，目前該項目已通過驗收并順利進入產(chǎn)業(yè)化階段。該消防機器人系統(tǒng)由運載車、機器人本體、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)組成，運載車用于將機器人從消防站運至火災現(xiàn)場，并裝有消防機器人的后方控制操作臺，電纜卷盤，水帶等附件。消防機器人采用外部供電系統(tǒng)提供動力，完成控制、偵檢、滅火、冷卻，稀釋等工作。該消防機器人的研制成功標志著我國第一代（多功能）消防機器人正式誕生，填補了我國在消防機器人領域的空白，其技術水平達到了國際 80 年代中期的消防機器人水平5。3. 消防滅火機器人的基本功能消防滅火機器人具有的基本功能包括以下幾個方面：行駛電機的控制、消防噴槍位置的控制、現(xiàn)場信息的采集、數(shù)據(jù)處理與通信等等。消防機器人往往需要在高溫、強熱輻射、濃煙、地形復雜、障礙物多、化學腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中進行火場偵察、化學危險品探測、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業(yè)。某些特定功能的消防機器人應該具備以下某項或幾項行走和自衛(wèi)功能:爬坡、登梯及障礙物跨越功能,耐溫和抗熱輻射功能,防雨淋功能,防爆、隔爆功能,防化學腐蝕功能,防電磁干擾功能,遙控功能等1。4. 消防滅火機器人的優(yōu)點和缺點優(yōu)點1) 無生命損傷性。消防機器人作為一種無生命載體，在面臨高溫、有毒、缺氧和濃煙等各種危險復雜的環(huán)境時，在人力所不及之處可充分發(fā)揮其作用，大大減少消防人員傷亡。如若配備消防機器人，黃島油庫、“11.3”湖南衡陽大火釀成的悲劇本可以避免。 2) 可重復使用性。消防機器人作為一種特殊武器裝備，在細心維護保養(yǎng)的同時，可反復多次使用，發(fā)揮其效能。 3) 人工智能性?，F(xiàn)代機器人是人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡、計算機技術、自動控制、電力電子、模糊控制和機械工業(yè)等高端學科的結合體。而消防機器人作為特種機器人的一種，更是揉合了各項高新技術成果，機器人已是反應國家的技術先機與否的標志之一。各國政府技術部門、公司針對消防員面臨日趨復雜的應急救援的環(huán)境，在目前人工智能已成熟的前提下，結合了其他各項高新技術，針對特殊情況開發(fā)出具有針對性的消防機器人?？筛鶕?jù)現(xiàn)場實際情況，自主判斷實際危險情況來源，進行數(shù)據(jù)收集、處理、傳輸反饋、滅火等工作。 缺點 1) 維護保養(yǎng)復雜。由于消防機器人屬于高新技術的結合體，對操控、維護保養(yǎng)人員有一定的要求，專業(yè)方面要求有一定的知識，要定期舉行專業(yè)人員培訓，尤其是電子元件，或可能受到潮濕、濃煙和灰塵等影響，需要一定的維護保養(yǎng)知識基礎。 2) 造價高昂。由于消防機器人屬于高等學科知識和各項先進高新技術的集合體，研制時間較長，研制經(jīng)費較高，且生產(chǎn)數(shù)量并不多，造成價格普遍昂貴，不能大量配備消防部隊。同時，各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡，政府財政撥出能力有限，也是其不能大量配備消防部隊的重要原因之一。 5. 本課題的設計思想根據(jù)課題的要求，本消防滅火小車在設計上與常見的消防滅火機器人有一定的不同。1) 消防滅火小車行進路線的選擇。通常一般的滅火機器人的行進路線不是固定的而是根據(jù)實際的情況進行自動判定。但在本課題中由于消防滅火小車只需要在大小相對固定的空曠的平地上進行滅火，因而經(jīng)過綜合考慮選擇了固定的循跡行進方式。選擇循跡行進方式的優(yōu)點是：簡化了小車最佳路線判斷的步驟、避免了小車探測火源時可能會出現(xiàn)的錯誤判斷4。2) 編程語言的選擇。由于本課題的主控芯片的選用的是AT89S52，因而選用C語言進行編程。對于單片機控制程序的設計C語言是一種通用的計算機程序設計語言，在國際上非常流行，它既可以用來編寫計算機的系統(tǒng)程序，也可以用來編寫一般的應用程序。以前計算機的系統(tǒng)軟件主要用匯編語言編寫，單片機應用系統(tǒng)更是如此。由于匯編語言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語言編寫單片機應用，不但周期長，而且調(diào)試和排錯也比較困難，為了提高編制單片機應用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，采用高級語言無疑是一種最好的選擇，C語言既具有一般高級語言的特點，又能直接對計算機的硬件進行操作，表達和運算能力也較強，許多以前只能采用匯編語言來解決的問題都可以用C語言來解決?；贑語言的特點，用C語言進行單片機程序設計是單片機開發(fā)與應用的必然趨勢14。3) 火源探測方式的選擇。在一般的消防滅火機器人上配置的都是高靈敏度的紫外線火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器。這樣可以保證在第一時間發(fā)現(xiàn)火源并滅火。本課題中的火源是小車啟動前就存在的，因而無需選擇昂貴的傳感器來進行火源探測，經(jīng)過相應的研究選用了遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鳌＿h紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y火源或其它一些波長在760納米1100納米范圍內(nèi)的熱源,能將探測到的火焰信號轉(zhuǎn)為0-5V的電壓信號，紅色線接DC5V，黑色線接GND 綠色線信號輸出，可直接輸入IC。利用這個火焰?zhèn)鞲衅骺梢院芎玫木_火源的位置6。 4) 小車滅火位置的定位。通常一般的消防滅火機器人是利用紅外進行滅火位置的定位，即利用紅外將小車定位在滅火裝置的有效工作范圍內(nèi)。本課題利用上述遠紅外火焰?zhèn)鞲衅髋c火源不同的距離產(chǎn)生不同的電信號來控制小車的停止與滅火12。5) 滅火方式的選擇。由于課題中的火源是用蠟燭模擬的，因而選擇了風扇的滅火方式。原因是實現(xiàn)起來方便，便于調(diào)整和檢修。三、總結本設計開發(fā)的智能消防滅火小車應用范圍十分廣泛，設計的智能消防滅火小車能夠?qū)崿F(xiàn)火源監(jiān)控、報警、具有自動循跡、吹風滅火、返回起始點等功能，可通過火源的監(jiān)控來進行控制小車的動作。本設計具有很好的開發(fā)前景，將會受到廣大安全防護人員的歡迎。四、參考文獻1 劉建國,杜玉紅.滅火機器人的應用設計J.機電工程技術.2009.38(04):103-1062 邵貝貝.單片機嵌入式應用的在線開發(fā)方法M.北京:清華大學出版社,2005. 3 高吉祥.全國大學生電子設計大賽培訓系列教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2007.6.1.4 王志良.競賽機器人制作技術M.北京:機械工業(yè)出版社,2007.6.15.5 丁顯孔.淺談我國消防滅火機器人在火場上的應用J.消防技術與產(chǎn)品信息,2004.8:26-30.6 劉偉.傳感器原理及其適用技術M.北京:電子工業(yè)出版社,2006.3.7 張植寶.電機原理與應用M.北京:化學工業(yè)出版社,2006.10.1.8 許大中.電機控制M.浙江:浙江大學出版社,2002.9 李廣弟,朱月秀.冷祖祁.單片機基礎M.北京航空航天大學出版社,2007.1.10 蘇神保,唐松文,黃會雄.智能小車單片機控制直流電機方案與設計J.湖南農(nóng)機,2009 .36(4):24-26.11 田拓,郭中華,丁帥華,等.基于AT8