本發(fā)明屬于公共安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于嵌入式Linux的智能預(yù)警滅火機(jī)器人。

背景技術(shù)：

國內(nèi)的預(yù)警滅火機(jī)器人研制工作始于20世紀(jì)70年代，并在機(jī)器人的火焰識(shí)別、滅火操作、移動(dòng)技術(shù)等力一面取得了比較大的進(jìn)展。總體來說，和國外研究水平還有一定差距。主要存在以下幾個(gè)問題：

1.網(wǎng)絡(luò)化程度低，尚未形成及預(yù)警和滅火于一體的區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.組件連接方式有待改善?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)以多線制和總線制連接方式為主，在一定程度上限制了預(yù)警滅火器人的工作。

3.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)問題較多。

4.超早期火災(zāi)探測報(bào)警技術(shù)應(yīng)用還幾乎處于空白，還未能及時(shí)將火災(zāi)撲滅在最萌芽狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：基于上述問題，本發(fā)明提供一種基于嵌入式Linux的智能預(yù)警滅火機(jī)器人。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的一個(gè)技術(shù)方案是：一種基于嵌入式Linux的智能預(yù)警滅火機(jī)器人，包括

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)單元：包括滅火機(jī)器人、控制滅火機(jī)器人移動(dòng)的直流伺服電機(jī)，直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器采用單極性H橋式方式來驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)，直流伺服電機(jī)附帶有處理器，滅火機(jī)器人機(jī)載有滅火器；

信息采集單元：作為視覺模塊和觸覺模塊來獲取到火災(zāi)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)信息并且將數(shù)據(jù)傳送出去，包括帶有處理器的傳感器，具體為云臺(tái)攝像頭、火焰?zhèn)鞲衅鳌熿F傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器及氣體分析儀；

預(yù)警滅火單元：包括核心處理器，核心處理器包括linux操作系統(tǒng)和S3C6410處理器，信息采集單元將數(shù)據(jù)傳送到核心處理器，核心處理器判斷發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，控制滅火機(jī)器人移動(dòng)到火災(zāi)附近合適位置并開始滅火；在滅火同時(shí)，核心處理器依據(jù)預(yù)警閾值，實(shí)現(xiàn)對(duì)于火災(zāi)不同等級(jí)的預(yù)警；

滅火機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元：與滅火機(jī)器人的無線通信模塊連接，包括與火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行信息交互的PC機(jī)、能夠向Internet提供信息服務(wù)的WEB服務(wù)器、火災(zāi)現(xiàn)場監(jiān)控PC機(jī)與WEB服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Internet與WEB服務(wù)器之間的防火墻、客戶端PC機(jī)及訪問WEB頁面所需的Internet瀏覽器軟件；

通信單元：包括工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡和智能控制模塊，工控機(jī)包括核心處理器，運(yùn)動(dòng)控制卡包括直接控制直流伺服電機(jī)的處理器，智能控制模塊包括各個(gè)傳感器的處理器，傳感器和直流伺服電機(jī)的處理器與核心處理器之間基于CAN總線進(jìn)行通信，傳感器將檢測數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦た貦C(jī)，工控機(jī)將運(yùn)動(dòng)指令發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制卡，與此同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制卡將直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速及方向反饋給上位工控機(jī)，形成閉環(huán)控制。

進(jìn)一步地，預(yù)警的形式包括現(xiàn)場聲光報(bào)警、遠(yuǎn)程短信提示及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

本發(fā)明的有益效果是：智能預(yù)警滅火機(jī)器人基于嵌入式linux操作系統(tǒng)，內(nèi)核為linux2.6，將其在嵌入式領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用；將其應(yīng)用于智能預(yù)警滅火機(jī)器人系統(tǒng)，由于Linux操作系統(tǒng)所具有的易于移植、源代碼公開、支持多種嵌入式硬件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，大大縮短了系統(tǒng)研發(fā)的周期并且使得系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定；系統(tǒng)選用32位ARM11微處理器S3C6410，該CPU是基于ARM1176JZF-S核設(shè)計(jì)，自身集成了智能預(yù)警機(jī)器人控制所需的各種功能，并且支持CAN總線通信，系統(tǒng)的各個(gè)模塊是基于CAN總線進(jìn)行通信，基于CAN總線的預(yù)警滅火機(jī)器人的通信設(shè)計(jì)一方面可以大大的較少布線及元器件的使用，可以為內(nèi)部滅火機(jī)器人節(jié)省布局空間，同時(shí)可以提升整個(gè)智能預(yù)警滅火機(jī)器人系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)單元的控制原理圖；

圖2是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器的原理圖；

圖3是本發(fā)明的傳感器硬件設(shè)計(jì)圖；

圖4是本發(fā)明的滅火器及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、GSM、LED硬件設(shè)計(jì)圖；

圖5是本發(fā)明的機(jī)器人滅火流程圖；

圖6是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元的總體結(jié)構(gòu)；

圖7是本發(fā)明的現(xiàn)場客戶端畫面；

圖8是本發(fā)明的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端界面；

圖9是本發(fā)明的基于CAN總線的預(yù)警滅火機(jī)器人架構(gòu)圖；

圖10是本發(fā)明的ADM3053的硬件設(shè)計(jì)圖；

圖11是本發(fā)明的總體架構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)單元：控制滅火機(jī)器人的前后左右移動(dòng)，要求直流伺服電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，這就需要使用可逆PWM系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般分為單極性和雙極性驅(qū)動(dòng)兩種。其中單極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè)PWM周期里，電機(jī)電樞的電壓呈單一極性(或正、或負(fù))變化。雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè)PWM周期里，電機(jī)的電樞電壓呈兩種極性(正、負(fù))變化。相比較而言，單極性驅(qū)動(dòng)較易于實(shí)現(xiàn)，故該驅(qū)動(dòng)器采用單極性H橋式方式來驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)。如圖1所示為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)單元的運(yùn)動(dòng)控制原理圖，主要依靠PWM來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方向與速度的變化。圖2為驅(qū)動(dòng)器的原理圖。

信息采集單元：涉及的傳感器有聲、光、熱、煙和視頻五個(gè)方面。云臺(tái)攝像頭設(shè)計(jì)主要將火災(zāi)現(xiàn)場情況及時(shí)反饋給監(jiān)控中心；滅火機(jī)器人感知到火災(zāi)必須依靠傳感器，火焰?zhèn)鞲衅髂軐?duì)光焰特別靈敏，煙霧傳感器設(shè)計(jì)依賴于探頭放置位置的合理性，硬件設(shè)計(jì)能快速識(shí)別煙霧是不是火災(zāi)發(fā)生才產(chǎn)生的煙霧。其他例如溫度、濕度、超聲波和氣體分析儀設(shè)計(jì)同樣如此。傳感器將采集的模擬信號(hào)經(jīng)過A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后數(shù)字信號(hào)傳送給S3C6410處理器，經(jīng)過軟件計(jì)算，對(duì)采集到的信息進(jìn)行判斷比對(duì)。其中傳感器等環(huán)境感知系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖3所示。

預(yù)警滅火單元：預(yù)警滅火單元是該系統(tǒng)的操作核心。當(dāng)信息采集單元將數(shù)據(jù)采集傳送到核心處理器，并且核心處理器判斷發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，機(jī)器人移動(dòng)到火災(zāi)附近。核心處理器首先驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)滅火機(jī)器人本體，當(dāng)滅火器人本體處于合適的位置，核心處理器會(huì)通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)載滅火器裝置開始滅火。及時(shí)將火焰撲滅在萌芽狀態(tài)，可以有效避免火災(zāi)的蔓延，保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，及時(shí)撲滅火焰以及及時(shí)傳送火焰信息。整個(gè)滅火過程的處理核心在于核心處理器，動(dòng)作核心在于硬件驅(qū)動(dòng)應(yīng)系統(tǒng)。在滅火同時(shí)，基于火災(zāi)火焰信息的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)融合處理，依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和D-S證據(jù)判決得出火災(zāi)大小的三個(gè)預(yù)警閾值，來實(shí)現(xiàn)對(duì)于火災(zāi)不同等級(jí)的預(yù)警，預(yù)警的形式有現(xiàn)場聲光報(bào)警，遠(yuǎn)程短信提示及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。圖4是滅火器及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、GSM、LED硬件設(shè)計(jì)圖，圖5是機(jī)器人滅火流程圖。

滅火機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元：滅火機(jī)器人工作現(xiàn)場的無線通信模塊使用的是LB-LINK無線網(wǎng)卡，系統(tǒng)采用的通信協(xié)議是802.11g，802.11g協(xié)議工作在2.4GHz頻段，最高傳輸速率可達(dá)54Mbit/s，借助無線路由器搭建WIFI環(huán)境，使得滅火機(jī)器人在火災(zāi)現(xiàn)場活動(dòng)更加靈活。

滅火機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元主要由以下幾個(gè)部分組成：①與火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行信息交互的PC機(jī)；②能夠向Internet提供信息服務(wù)的WEB服務(wù)器；③火災(zāi)現(xiàn)場監(jiān)控PC機(jī)與WEB服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；④Internet與WEB服務(wù)器之間的防火墻；⑤客戶端PC機(jī)及訪問WEB頁面所需的Internet瀏覽器軟件。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元的總體結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖7、圖8分別是現(xiàn)場客戶端畫面，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端界面。

通信單元：在各個(gè)傳感器及直流伺服電機(jī)都附帶有小的處理器，它們與核心處理器之間通過CAN總線進(jìn)行通信，各個(gè)傳感器是將檢測數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦た貦C(jī)，工控機(jī)將運(yùn)動(dòng)指令發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制卡，與此同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制卡將直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速及方向反饋給上位工控機(jī)，形成閉環(huán)控制。根據(jù)CAN總線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)各個(gè)模塊傳輸?shù)牟ㄌ芈时３忠恢?，CAN總線的收發(fā)器采用ADM3053，ADM3053是一款隔離式控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)物理層收發(fā)器，集成隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器，符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)。該器件采用ADI公司的iCoupler技術(shù)，將雙通道隔離器、CAN收發(fā)器和ADI公司的isoPowerDC/DC轉(zhuǎn)換器集成于單個(gè)SOIC表貼封裝中。片內(nèi)振蕩器輸出一對(duì)方波，以驅(qū)動(dòng)內(nèi)部變壓器提供隔離電源。該器件采用5V單電源供電，提供完全隔離的CAN解決方案。傳輸?shù)慕橘|(zhì)選用一般的雙絞線即可滿足要求，如圖9所示。圖10是ADM3053的硬件設(shè)計(jì)圖。基于CAN總線的預(yù)警滅火機(jī)器人的通信設(shè)計(jì)一方面可以大大的較少布線及元器件的使用，可以為內(nèi)部滅火機(jī)器人節(jié)省布局空間；另一方面，可以提升整個(gè)預(yù)警滅火機(jī)器人系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

本系統(tǒng)主要是由上層終端監(jiān)控部分和底層滅火機(jī)器人兩大部分組成。底層滅火機(jī)器人包括，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)單元，信息采集單元，預(yù)警滅火單元，底層滅火機(jī)器人是以嵌入式linux作為核心控制平臺(tái)，以輪式移動(dòng)機(jī)器人作為基本運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，云臺(tái)攝像頭、火焰?zhèn)鞲衅?、煙霧傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器及氣體分析儀等傳感器作為系統(tǒng)的視覺模塊和觸覺模塊來獲取到火災(zāi)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)信息，并且將數(shù)據(jù)交給嵌入式芯片處理，來對(duì)現(xiàn)場火焰進(jìn)行識(shí)別定位，做出最優(yōu)路徑規(guī)劃，驅(qū)動(dòng)滅火器將火焰撲滅。上層終端監(jiān)控部分利用無線網(wǎng)卡和無線路由器組建成的WIFI環(huán)境，將底層滅火機(jī)器人所傳輸?shù)囊曨l等現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息發(fā)送到現(xiàn)場PC機(jī)的客戶端，實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控，與此同時(shí)寫入到WEB數(shù)據(jù)庫中，WEB數(shù)據(jù)庫和WEB瀏覽器建立TCP連接，將現(xiàn)場PC機(jī)客戶端所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步實(shí)時(shí)傳送到遠(yuǎn)程的WEB瀏覽器，現(xiàn)場的視頻及其他各種數(shù)據(jù)信息大小及時(shí)作出預(yù)警。該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖11所示。此外預(yù)警滅火機(jī)器人根據(jù)現(xiàn)場的火勢系統(tǒng)選擇ARM多軸控制卡作為機(jī)器人下位機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制核心，其優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：a.選用三星公司32位ARM11微處理器S3C6410，該CPU基ARM1176JZF-S核設(shè)計(jì)，自身集成了電機(jī)控制所需的各種功能，如PWM控制、編碼器信息采集等，同時(shí)，還集成了SCI、SPI、CAN總線通訊；b.CPU最高工作頻率667Mhz，采用三級(jí)流水線，能夠滿足滅火機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)，高精度的定時(shí)周期還滿足了超聲波傳感器等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高外設(shè)的要求；c.獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，多種總線通訊，使系統(tǒng)更具模塊化，易于進(jìn)行維護(hù)及二次開發(fā)。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。