陈伟 柏春良
国网浙江嘉善县供电有限公司 314100
摘要：智能灭火机器人的设计和实现能够有效的促进消防安全的提高，并且对于保障消防人员的生命安全也有着重要的意义。针对于此，本文基于MSP430控制芯片的研究思路上，详细介绍了智能灭火机器人的设计思想，硬件以及软件编程等。并对智能灭火机器人的性能进行了进一步的研究。
关键词：MSP430；控制芯片；灭火机器人；设计研究
前言：
随着科技的发展，21世纪将是机器人从制造业走向非制造业发展的重要时期，也是智能机器人发展的重要拐点。目前，我国科学技术的突飞猛进，机器人技术也开始在社会的各个领域中得到了越来越广泛的应用[1]。其中智能灭火机器人也开始走向大众的视野。针对于此，本文本文基于MSP430控制芯片的研究思路上，详细介绍了智能灭火机器人的设计思想，硬件以及软件编程等。在硬件上，智能灭火机器人通过采用了履带式车辆和工业级光电传感器的设备，做到灭火机器人自主爬坡和运行过程中的零碰壁。在软件上，智能灭火机器人穿心采用新型退房法，实现了火焰搜寻效率的提高[2]。
一、智能灭火机器人的应用现状
智能灭火机器人能够在一些极端危险的火场环境下代替消防人员进入到有毒、浓烟、高温或者缺氧的高危险性的灭火救援现场中完成侦查检验、搜索救人、排烟降温、灭火控制等一系列的人物，不仅能够有效的保护消防员的安全，还能够提高消防部队的灭火救援能力。因此，智能灭火机器人在消防安全领域发挥着越来越重要的作用。
目前我国现阶段的消防队伍中智能灭火机器人的配备数量并不统一，并且智能灭火机器人的质量更是参差不齐。由于现实中火场的环境过于复杂，智能灭火机器人的实际应用以及真是参与灭火救援的次数更是少之又少。通过调查原因，我们发现，目前智能灭火机器人的移动较为不便，移动性能的不足大大限制了智能灭火机器人的应用[3]。并且，适合智能灭火机器人的火灾数量极少，高层火灾智能灭火机器人难以入场，石油化工火灾中，由于智能灭火机器人的数量较少，在灭火救援中也难以发挥真正的作用。并且，一些智能灭火机器人的应用机制还不够成熟，其设计技术和思路也存在一定的局限性。
二、基于MSP430控制芯片智能灭火机器人的硬件设计
在此款智能灭火机器人中，其硬件原理以MSP430控制芯片为核心，并且包含了电机驱动电路、火焰检测电路、地面灰度检测电路、避障电路以及电源电路等五个外围电路系统，同时包括启动以及复位按钮。智能灭火机器人采用3V和10V的电源提供能量，通过7805稳压芯片以及调压芯片生成5V和15V的电能[4]。
（一）电机驱动电路
此款智能灭火机器人的驱动电路使用了L298作为机器人的驱动芯片，并且分别设计了左、右两边的电机来控制智能灭火机器人左右轮的前进、后退、转弯等动作。同时，MSP430控制芯片中的Timer-B会产生PWM波，并且经过电路输送至L298的四个输入端，从而实现智能灭火机器人中电机转速的调整和控制。
（二）火焰检测电路
此款智能灭火机器人所使用的火焰传感器为“广茂达”公司生产制造的光电传感器。当智能灭火机器人来到火场环境，光电传感器会自动检验火焰，当光电传感器没有检测出火焰时，电路输出电压基本为0，当光电传感器检测到火焰的信息，输出点烟会变为0.5~2.5V，同时发出信号[5]。将机器人内部光电传感器的输出信号链接打破MSP430控制芯片的模拟输入端，就能够实现火焰检测。并且如果将12个传感器两两并联，并按照一定的环境布局来排列，就能够实现智能灭火机器人火场入口即可检测火焰情况的功能。
（三）地面灰度检测电路
基于MSP430控制芯片的智能灭火机器人使用了“omron”公司制作的光电传感器作为此款机器人的灰度传感器。这款传感器能够根据地面颜色对于光的不同的反射程度来比较输出不同的电压检测白线，从而实现智能机器人对于房间出入口的检测以及火场灭火情况的反馈。
（四）避障电路
工业用光电传感器作为此款智能灭火机器人的避障传感器，能够在传感器接受不到反射光的时候，输出低电平，当传感器接收到反射光的存在时，能够输出高电平[6]。通过传感器对于障碍物反射光的感知，做到避障信息的传输，从而实现智能灭火机器人左右手法来走出火场的功能。
（五）机器人外观
基于MSP430控制芯片的智能灭火机器人在外观上的整体架构为履带式的坦克结构。这种结构更加便于智能灭火机器人实现自主爬坡和直线行驶的功能。并且，坦克式的架构能够使得多种传感器合理布局，从而加强智能灭火机器人对于周围环境的检测。并且，此款智能灭火机器人采用了模型飞机的螺旋桨，动力强劲，风力充足，能够实现有效的灭火[7]。
三、基于MSP430控制芯片智能灭火机器人的软件设计
目前，绝大多数的智能灭火机器人所采用的灭火算法主要有左手法和右手法两种。而左手法也就是智能灭火机器人沿着左侧墙壁行驶，看到左侧墙壁右转，看不到左侧墙壁左转的算法程序。而右手法于此相似，智能灭火机器人沿着右侧墙壁行驶，看到右侧墙壁左转，看不到右侧墙壁右转的算法程序。但是要想智能灭火机器人做到无火不进房间的算法，必须将左手法和右手法同时使用。基于这一设计思路，在MSP430控制芯片的智能灭火机器人的程序设计上，大致设计了初始化模块、PWM模块、ADC模块、左、右手法迷宫模块、测火、对火以及灭火模块和回家模块[8]。
此款智能灭火机器人基于MSP430控制芯片，在程序上总体采用了左右手法并用的算法，真正做到了门口测火，无火退房的高级灭火策略。同时，在退房法的基础上采用新型“半进房法”，也就是智能灭火机器人到达房间门后后不停止，继续前进一段距离后在进行测火，这样也就避免了因为房间过大而导致的火焰检测不准确，大大提高了房间测火的稳定性和时效性。并且，智能灭火机器人在灭火成功后，能够通过直接调用回家函数，直接返回，而不是在返回路程中还要再次测火，着大大提高了灭火的效率，并且在实际操作中具有一定的切实可行性。
总结：
总而言之，从具体可行性的操作要求出发，坦克装只能灭火机器人通过采用七个避障传感器、12个火焰传感器以及一个灰度传感器来实现了对于周围火场环境的检测，不仅满足了基本的灭火需求，还能够使机器人做到自主爬坡和直线行驶的优点。除此之外，在退房法的基础上采用新型“半进房法”使得智能灭火机器人火焰搜寻的稳定性和时效性大大提升。
参考文献：
[1]李灿,韩海川.基于NI myRIO的移动机器人灭火系统设计[J].科技风,2021(01):9-10.
[2]贾佳.基于多传感器的智能自主灭火机器人的设计[J].自动化与仪表,2020,35(12):35-39.
[3]邬佳, 消防部队 配备多功能举升清障排烟灭火机器人. 郭毅,龙国英 主编,南昌年鉴,方志出版社,2017,151-152,年鉴.
[4]李霞,孙秋凤.沿墙走算法在竞赛灭火机器人中的应用[J].实验室研究与探索,2018,37(05):38-41.
[5]史兵,段锁林,李菊,王朋,朱益飞.基于无线传感器网络的室内移动灭火机器人系统设计[J].计算机应用,2018,38(01):284-289.
[6]刘锴圣,黄民.基于STM32的消防灭火机器人控制系统设计与研究[J].轻工科技,2018,34(01):70-71+109.
[7]吴宜勇,郭颖,金嘉谊,贡志鹏,蒋丹丹.基于MSP430的小车式灭火机器人设计[J].国外电子测量技术,2017,36(11):99-102.
[8]黄圆志.矿井用灭火机器人的硬件电路设计与应用[J].自动化与仪器仪表,2018(05):178-181.
第一作者：姓名：陈伟（1996.01--）；性别：男，籍贯：江苏省盐城人，学历：本科，毕业于南京工程学院；现有职称：助理工程师；研究方向：电力系统；