本發(fā)明涉及一種家居安全隱患的智能機(jī)器人多傳感器控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

科技的進(jìn)步改善著人們的生活，家居環(huán)境這方面尤為突出。樓宇自動化裝備使人民的生活更加舒適，各種現(xiàn)代化設(shè)備進(jìn)人了千家萬戶。各種電氣裝置讓做飯、洗衣服都實(shí)現(xiàn)了自動化，燃?xì)庖哺淖兞巳嗣竦娜∨绞?。針對人民生活設(shè)計(jì)的各類服務(wù)機(jī)器人也隨之迅猛發(fā)展。豪華裝修中為了追求裝修效果，過多采用易燃材料，隱蔽電氣線路，線路型號選擇不當(dāng)，家庭用火用電不慎、小孩玩火等都極易誘發(fā)火災(zāi)。一旦發(fā)生火災(zāi)，往往火勢很快蔓延，易產(chǎn)生大量有毒氣體，給居民生命財(cái)產(chǎn)安全造成很大威脅。如何針對現(xiàn)代樓宇中家居環(huán)境的典型安全隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，并將信息實(shí)時(shí)發(fā)送給房屋主人，讓主人在第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警，并通過遠(yuǎn)程操作對火災(zāi)利用機(jī)器人進(jìn)行第一時(shí)間的撲滅，具有重大研究意義。該類機(jī)器人研究為實(shí)現(xiàn)無人化自動監(jiān)控提供了保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種家居安全隱患的智能機(jī)器人多傳感器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括自主控制和人機(jī)交互控制兩種模式，自主模式可以實(shí)現(xiàn)自動巡航、躲避障礙物、特定煙霧和明火檢測及和報(bào)警功能，完成了GSM模塊的發(fā)送短信的功能。人機(jī)交互控制是利用無線路路由器實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作功能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述機(jī)器人不但能實(shí)現(xiàn)普通的防災(zāi)報(bào)警功能，而且還能在檢測到具體的危險(xiǎn)源后，通過電腦來遠(yuǎn)程控制機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的簡單處理。智能家居報(bào)警機(jī)器人通過煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、瓦斯檢測傳感器檢測潛在危險(xiǎn)源或者已有的危險(xiǎn)源，通過GSM模塊發(fā)短信給用戶，用戶在接到短信后，登陸上位機(jī)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，通過攝像頭觀察現(xiàn)場情況，控制機(jī)器人對著危險(xiǎn)源做簡單處理。通過升降云臺，不僅可以調(diào)整傳感器角度，而且可以擴(kuò)大機(jī)器人的視角。

所述控制系統(tǒng)中，4個(gè)電機(jī)都由不同的單片機(jī)管腳進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制。而STC RX32單片機(jī)模塊上只支持2路電機(jī)驅(qū)動，機(jī)器人的兩路電機(jī)A,B接驅(qū)動板上的兩路電機(jī)接口，外接兩路電機(jī)C、D通過L298與驅(qū)動板管腳進(jìn)行連接。

所述控制系統(tǒng)供電電路以7805為芯片的+5V電源。電容C1,C2為電解電容，根據(jù)負(fù)載的大小來確定，理論上電容越大，輸出的電壓越穩(wěn)定。C1，C2的耐壓值至少在25V以上，而C3、C2的耐壓值在9V以上即可，電路需有接地。

所述GSM報(bào)警系統(tǒng)模塊采用無線通信模塊M23。GSM模塊的通信方式為RS232轉(zhuǎn)接口上的2號管腳接51單片機(jī)的RS232轉(zhuǎn)接口的3號管腳，GSM模塊的RS232轉(zhuǎn)接口上的3號管腳接51單片機(jī)的RS232轉(zhuǎn)接口的2號管腳，GSM模塊的RS232轉(zhuǎn)接口上的5號管腳接RS232轉(zhuǎn)接口的5號管腳。

所述控制系統(tǒng)的WIFI驅(qū)動模塊系統(tǒng)接線電路包含了電機(jī)輸入接口、USB模塊、攝像頭信號輸入模塊。各個(gè)傳感器信號通過WIFI與主機(jī)進(jìn)行信息通訊。

所述控制系統(tǒng)的智能家居報(bào)警機(jī)器人的總體軟件包括報(bào)警模式和控制模式。報(bào)警模式中，小車在行走中實(shí)時(shí)檢測明火和煙霧，通過單片機(jī)來與GSM模塊進(jìn)行通訊。控制模式中，小車接到GSM傳來信息，停止運(yùn)動，控制云臺進(jìn)行滅火。

針對滅火功能，首先對火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)至良好接收火焰信號范圍后，將火焰?zhèn)鞲衅靼惭b在機(jī)器人前方。將火焰?zhèn)鞲衅鞯囊_接人S51單片機(jī)的P11引腳。在報(bào)警系統(tǒng)程序中單片機(jī)接收到P11低電平后，火焰報(bào)警紅燈亮，自動發(fā)送代碼到GSM模塊，再通過GSM網(wǎng)絡(luò)對相應(yīng)的用戶發(fā)送“火焰報(bào)警”的報(bào)警短信，以此達(dá)到報(bào)警用戶的目的。

本發(fā)明的有益效果是：該系統(tǒng)包括自主控制和人機(jī)交互控制兩種模式，自主模式可以實(shí)現(xiàn)自動巡航、躲避障礙物、特定煙霧和明火檢測及和報(bào)警功能，完成了GSM模塊的發(fā)送短信的功能。人機(jī)交互控制是利用無線路路由器實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作功能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的多傳感器體系結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的L298電機(jī)驅(qū)動電路圖。

圖3是本發(fā)明的主系統(tǒng)的供電電路圖。

圖4是本發(fā)明的串口通訊接線。

圖5是本發(fā)明的火焰?zhèn)鞲衅麟娐穲D。

圖6是本發(fā)明的煙霧傳感器。

圖7是本發(fā)明的WIFI驅(qū)動模塊系統(tǒng)接線電路。

圖8是本發(fā)明的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程圖（報(bào)警模式）。

圖9是本發(fā)明的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程圖（控制模式）。

圖10是本發(fā)明的傳感器程序流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，所述機(jī)器人不但能實(shí)現(xiàn)普通的防災(zāi)報(bào)警功能，而且還能在檢測到具體的危險(xiǎn)源后，通過電腦來遠(yuǎn)程控制機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的簡單處理。智能家居報(bào)警機(jī)器人通過煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、瓦斯檢測傳感器檢測潛在危險(xiǎn)源或者已有的危險(xiǎn)源，通過GSM模塊發(fā)短信給用戶，用戶在接到短信后，登陸上位機(jī)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，通過攝像頭觀察現(xiàn)場情況，控制機(jī)器人對著危險(xiǎn)源做簡單處理。通過升降云臺，不僅可以調(diào)整傳感器角度，而且可以擴(kuò)大機(jī)器人的視角。

如圖4，4個(gè)電機(jī)都由不同的單片機(jī)管腳進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制。而STC RX32單片機(jī)模塊上只支持2路電機(jī)驅(qū)動，機(jī)器人的兩路電機(jī)A,B接驅(qū)動板上的兩路電機(jī)接口，外接兩路電機(jī)C、D通過L298與驅(qū)動板管腳進(jìn)行連接。

如圖3，控制系統(tǒng)供電電路中以7805為芯片的+5V電源。電容C1,C2為電解電容，根據(jù)負(fù)載的大小來確定，理論上電容越大，輸出的電壓越穩(wěn)定。C1,C2的耐壓值至少在25V以上，而C3、C2的耐壓值在9V以上即可，電路需有接地。

如圖4，GSM報(bào)警系統(tǒng)模塊采用無線通信模塊M23。GSM模塊的通信方式為RS232轉(zhuǎn)接口上的2號管腳接51單片機(jī)的RS232轉(zhuǎn)接口的3號管腳，GSM模塊的RS232轉(zhuǎn)接口上的3號管腳接51單片機(jī)的RS232轉(zhuǎn)接口的2號管腳，GSM模塊的RS232轉(zhuǎn)接口上的5號管腳接RS232轉(zhuǎn)接口的5號管腳。

如圖5，在使用的過程中，火焰?zhèn)鞲衅鲗鹧婧苊舾?，要與火焰保持一定距離，以免高溫?fù)p壞傳感器。實(shí)際使用中傳感器數(shù)字量輸出接口可以與單片機(jī)IO口直接相連。

如圖6，在沒有煙霧的情況下，傳感器的阻值為20kΩ左右，當(dāng)煙霧進(jìn)人傳感器時(shí)阻值急劇下降，其壓降降低。從傳感器上端出來的信號U_i經(jīng)過運(yùn)算放大器的同相輸入端，但是為了保證引人的是負(fù)反饋，輸出電壓U_o通過電阻R15接到反相輸入端，反相輸入端通過電阻R₁₄接到參考電壓U_ref，由于引人深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。而高輸人阻抗可以減少放大電路對前端電路的影響，低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性。該放大電路還加人了參考電壓，引入了零點(diǎn)調(diào)節(jié)功能，產(chǎn)生一個(gè)參考電壓U_ref，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運(yùn)算放大電路的電壓參考端。調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以改變放大電路的參考電壓，防止R₁₄和R₁₅對滑動變阻器輸出電壓的影響。

如圖7，控制系統(tǒng)的WIFI驅(qū)動模塊系統(tǒng)接線電路包含了電機(jī)輸入接口、USB模塊、攝像頭信號輸入模塊。各個(gè)傳感器信號通過WIFI與主機(jī)進(jìn)行信息通訊。

如圖8、圖9，控制系統(tǒng)的智能家居報(bào)警機(jī)器人的總體軟件包括報(bào)警模式和控制模式。報(bào)警模式中，小車在行走中實(shí)時(shí)檢測明火和煙霧，通過單片機(jī)來與GSM模塊進(jìn)行通訊?？刂颇Ｊ街?，小車接到GSM傳來信息，停止運(yùn)動，控制云臺進(jìn)行滅火。

如圖10，針對滅火功能，首先對火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)至良好接收火焰信號范圍后，將火焰?zhèn)鞲衅靼惭b在機(jī)器人前方。將火焰?zhèn)鞲衅鞯囊_接人S51單片機(jī)的P11引腳。在報(bào)警系統(tǒng)程序中單片機(jī)接收到P11低電平后，火焰報(bào)警紅燈亮，自動發(fā)送代碼到GSM模塊，再通過GSM網(wǎng)絡(luò)對相應(yīng)的用戶發(fā)送“火焰報(bào)警”的報(bào)警短信，以此達(dá)到報(bào)警用戶的目的。