地下隧道消防巡检机器人设计

《地下隧道消防巡检机器人设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、地下隧道消防巡检机器人一、绪论隧道包括公路、铁路、城市地铁隧道等，当隧道发生火灾时，由于隧道建筑结构复杂、空间环境相对封闭，隧道内的温度能很快达到1000℃左右，从而使混凝土失去应有的结合力产生爆裂，最终会一层一层地穿透整个隧道的混凝土拱顶结构。巡检是保证地下隧道环境消防安全性的主要手段之一，目前传统的地下隧道巡检手段，多依赖管理员巡视结合火灾自动探测系统探测实现。由于隧道内环境变化快，火灾自动探测系统存在漏报和误报等显现，人工巡检工作不可缺失。隧道火灾的早期预警和救援非常重要，但由于隧道路程长，封闭性强，结构复杂，无线通信效果差，一旦发生事故，讲对巡检人员的人身安

2、全造成极大的威胁。同时人工巡检受心理素质、业务水平和工作经验等因素影响，导致人工巡检效果存在劳动强度大、工作效率低、巡检质量不稳定和成本高等明显不足，因此，使用机器人替代人工成为隧道巡检自动化的研究方向之一。根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装温湿度、加速度、超声波传感器及危险品探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将传感数据数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对巡检车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用MSP430F1

3、49单片机。以MSP430F149为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，捕获多种安全相关信息，并监控火灾的发生。MSP430系列单片机是TI公司的产品，它的快闪微控制器的功耗最低。MSP430F149是一款16位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评，它是第三代单片机的代表。一、地下隧道消防巡检机器人总体设计方案2.1地下隧道消防巡检机器人系统组成地下隧道消防巡检机器人由传感器信息单元、运动控制单元和后场显示终端三部分组成。传感器信息单元具有传感器信息采集与传输功能，负责将各个检测传感器采集的信息打包，经过无线传输至后场

4、显示终端；现实终端具有信息接收、信息处理、信息存储、信息上传、命令控制、操作输入和图形显示等功能。传感器信息单元可灵活删减，操作简捷。运动控制单元主要用于巡检机器人运动控制，并具有控制音视频信息采集启动和关闭功能。后场显示终端具有现场信息采集、处理和存储功能，运动控制功能和现场音视频信息显示功能。系统组成如图1所示：图1地下隧道消防巡检机器人系统组成图2.2传感器信息单元地下隧道消防巡检机器人涉及传感器类型和数量较多，系统检测可分为环境、音视频、危险气体和辅助等四大类信息，数量多达10余个，详细信息见表1。环境类信息包含温度、气压、湿度和烟感四种传感器，温度和烟感传

5、感器用于周边环境火灾探测，气压传感器可检测环境气压变化，可以通过学习法进行高度测量，推估巡检机器人所处的高度信息；音视频类信息包括自然光视频、红外视频和现场音频信息，自然光和红外视频信息实时传输巡检视频，采用独立传输方式，仅由运动控制单元进行开关控制；危险气体信息包括可燃气体、氧气和二氧化碳浓度信息，用于检测周边环境气体安全性，预测爆炸危险的可能性。表1传感器信息单元参数表检测源传感器类型数量用途环境信息温度4个探测环境温度信息气压1个探测气压变化信息湿度1个探测环境湿度信息烟感1个探测环境烟雾信息音视频信息自然光1个捕获周边自然光视频信息红外1个捕获红外自然光视频

6、信息拾音器1个捕获现场声音信息危险气体信息可燃气体1个获取现场可燃气体浓度信息氧气1个获取现场氧气浓度信息二氧化碳1个获取现场二氧化碳浓度信息辅助信息超声波1个探测行进障碍距离信息加速度1个探测巡检机构运动状态图2传感器信息单元结构图2.3运动控制单元整个系统运动机构是在现有玩具电动车的基础上改造，即采用凌阳科技大学计划简易智能电动车和控制板改造。简易智能电动车自带80C51单片机进行智能控制。开始由手动启动小车，并复位，当经过规定的起始黑线，由超声波传感器和红外光电传感器检测，通过单片机控制小车开始记数显示并避障、调速；系统的自动避障功能通过超声波传感器正前方检测

7、和红外光电传感器左右侧检测，由单片机控制实现；在电动车进驶过程中，采用双极式H型PWM脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能；采用动态共阴显示行驶时间和里程。系统原理图如图3所示。图3简易智能电动车系统原理图运动控制单元MSP430F149与80C51单片机之间通过串口通信并结合驱动电路，控制H桥的工作进而控制电机的正反转，进而控制小车后轮正转、小车后轮反转、小车前轮左偏和小车前轮右偏，实现小车的前后左右四方向动作。图4简易智能电动车实物一、地下隧道消防巡检机器人硬件设计由于采用现场具有智能控制运动机构改造，传感器信息单元和运动控制单元实际上可由一块电路板设计，主