本發明屬于公共安全技術領域，涉及一種基于嵌入式Linux的智能預警滅火機器人。

背景技術：

國內的預警滅火機器人研制工作始于20世紀70年代，并在機器人的火焰識別、滅火操作、移動技術等力一面取得了比較大的進展。總體來說，和國外研究水平還有一定差距。主要存在以下幾個問題：

1.網絡化程度低，尚未形成及預警和滅火于一體的區域性網絡系統。

2.組件連接方式有待改善。火災自動報警系統以多線制和總線制連接方式為主，在一定程度上限制了預警滅火器人的工作。

3.火災自動報警系統誤報、漏報問題較多。

4.超早期火災探測報警技術應用還幾乎處于空白，還未能及時將火災撲滅在最萌芽狀態。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：基于上述問題，本發明提供一種基于嵌入式Linux的智能預警滅火機器人。

本發明解決其技術問題所采用的一個技術方案是：一種基于嵌入式Linux的智能預警滅火機器人，包括

運動系統單元：包括滅火機器人、控制滅火機器人移動的直流伺服電機，直流伺服電機的驅動器采用單極性H橋式方式來驅動直流伺服電機，直流伺服電機附帶有處理器，滅火機器人機載有滅火器；

信息采集單元：作為視覺模塊和觸覺模塊來獲取到火災現場的各種數據信息并且將數據傳送出去，包括帶有處理器的傳感器，具體為云臺攝像頭、火焰傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器及氣體分析儀；

預警滅火單元：包括核心處理器，核心處理器包括linux操作系統和S3C6410處理器，信息采集單元將數據傳送到核心處理器，核心處理器判斷發現火災，控制滅火機器人移動到火災附近合適位置并開始滅火；在滅火同時，核心處理器依據預警閾值，實現對于火災不同等級的預警；

滅火機器人的網絡監控單元：與滅火機器人的無線通信模塊連接，包括與火災現場進行信息交互的PC機、能夠向Internet提供信息服務的WEB服務器、火災現場監控PC機與WEB服務器之間的數據庫服務器、Internet與WEB服務器之間的防火墻、客戶端PC機及訪問WEB頁面所需的Internet瀏覽器軟件；

通信單元：包括工控機、運動控制卡和智能控制模塊，工控機包括核心處理器，運動控制卡包括直接控制直流伺服電機的處理器，智能控制模塊包括各個傳感器的處理器，傳感器和直流伺服電機的處理器與核心處理器之間基于CAN總線進行通信，傳感器將檢測數據信息實時傳輸到工控機，工控機將運動指令發送到運動控制卡，與此同時，運動控制卡將直流伺服電機轉速及方向反饋給上位工控機，形成閉環控制。

進一步地，預警的形式包括現場聲光報警、遠程短信提示及網絡監控。

本發明的有益效果是：智能預警滅火機器人基于嵌入式linux操作系統，內核為linux2.6，將其在嵌入式領域有著廣泛的應用；將其應用于智能預警滅火機器人系統，由于Linux操作系統所具有的易于移植、源代碼公開、支持多種嵌入式硬件平臺、網絡功能強等優點，大大縮短了系統研發的周期并且使得系統運行更加穩定；系統選用32位ARM11微處理器S3C6410，該CPU是基于ARM1176JZF-S核設計，自身集成了智能預警機器人控制所需的各種功能，并且支持CAN總線通信，系統的各個模塊是基于CAN總線進行通信，基于CAN總線的預警滅火機器人的通信設計一方面可以大大的較少布線及元器件的使用，可以為內部滅火機器人節省布局空間，同時可以提升整個智能預警滅火機器人系統的安全性與穩定性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1是本發明的運動系統單元的控制原理圖；

圖2是本發明的驅動器的原理圖；

圖3是本發明的傳感器硬件設計圖；

圖4是本發明的滅火器及驅動系統、GSM、LED硬件設計圖；

圖5是本發明的機器人滅火流程圖；

圖6是本發明的網絡監控單元的總體結構；

圖7是本發明的現場客戶端畫面；

圖8是本發明的遠程網絡終端界面；

圖9是本發明的基于CAN總線的預警滅火機器人架構圖；

圖10是本發明的ADM3053的硬件設計圖；

圖11是本發明的總體架構圖。

具體實施方式

現在結合具體實施例對本發明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。

運動系統單元：控制滅火機器人的前后左右移動，要求直流伺服電機能夠實現正反轉，這就需要使用可逆PWM系統。該系統一般分為單極性和雙極性驅動兩種。其中單極性驅動是指在一個PWM周期里，電機電樞的電壓呈單一極性(或正、或負)變化。雙極性驅動是指在一個PWM周期里，電機的電樞電壓呈兩種極性(正、負)變化。相比較而言，單極性驅動較易于實現，故該驅動器采用單極性H橋式方式來驅動直流伺服電機。如圖1所示為運動系統單元的運動控制原理圖，主要依靠PWM來控制機器人的運動，實現方向與速度的變化。圖2為驅動器的原理圖。

信息采集單元：涉及的傳感器有聲、光、熱、煙和視頻五個方面。云臺攝像頭設計主要將火災現場情況及時反饋給監控中心；滅火機器人感知到火災必須依靠傳感器，火焰傳感器能對光焰特別靈敏，煙霧傳感器設計依賴于探頭放置位置的合理性，硬件設計能快速識別煙霧是不是火災發生才產生的煙霧。其他例如溫度、濕度、超聲波和氣體分析儀設計同樣如此。傳感器將采集的模擬信號經過A/D數模轉換器轉換成數字信號，然后數字信號傳送給S3C6410處理器，經過軟件計算，對采集到的信息進行判斷比對。其中傳感器等環境感知系統硬件設計如圖3所示。

預警滅火單元：預警滅火單元是該系統的操作核心。當信息采集單元將數據采集傳送到核心處理器，并且核心處理器判斷發現火災，機器人移動到火災附近。核心處理器首先驅動直流伺服電機，驅動滅火機器人本體，當滅火器人本體處于合適的位置，核心處理器會通過直流電機驅動機載滅火器裝置開始滅火。及時將火焰撲滅在萌芽狀態，可以有效避免火災的蔓延，保證及時發現火情，及時撲滅火焰以及及時傳送火焰信息。整個滅火過程的處理核心在于核心處理器，動作核心在于硬件驅動應系統。在滅火同時，基于火災火焰信息的靜態及動態融合處理，依據神經網絡算法和D-S證據判決得出火災大小的三個預警閾值，來實現對于火災不同等級的預警，預警的形式有現場聲光報警，遠程短信提示及網絡監控。圖4是滅火器及驅動系統、GSM、LED硬件設計圖，圖5是機器人滅火流程圖。

滅火機器人的網絡監控單元：滅火機器人工作現場的無線通信模塊使用的是LB-LINK無線網卡，系統采用的通信協議是802.11g，802.11g協議工作在2.4GHz頻段，最高傳輸速率可達54Mbit/s，借助無線路由器搭建WIFI環境，使得滅火機器人在火災現場活動更加靈活。

滅火機器人的網絡監控單元主要由以下幾個部分組成：①與火災現場進行信息交互的PC機；②能夠向Internet提供信息服務的WEB服務器；③火災現場監控PC機與WEB服務器之間的數據庫服務器；④Internet與WEB服務器之間的防火墻；⑤客戶端PC機及訪問WEB頁面所需的Internet瀏覽器軟件。網絡監控單元的總體結構如圖6所示。圖7、圖8分別是現場客戶端畫面，遠程網絡終端界面。

通信單元：在各個傳感器及直流伺服電機都附帶有小的處理器，它們與核心處理器之間通過CAN總線進行通信，各個傳感器是將檢測數據信息實時傳輸到工控機，工控機將運動指令發送到運動控制卡，與此同時，運動控制卡將直流伺服電機轉速及方向反饋給上位工控機，形成閉環控制。根據CAN總線傳輸的特點各個模塊傳輸的波特率保持一致，CAN總線的收發器采用ADM3053，ADM3053是一款隔離式控制器區域網絡(CAN)物理層收發器，集成隔離DC/DC轉換器，符合ISO 11898標準。該器件采用ADI公司的iCoupler技術，將雙通道隔離器、CAN收發器和ADI公司的isoPowerDC/DC轉換器集成于單個SOIC表貼封裝中。片內振蕩器輸出一對方波，以驅動內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。傳輸的介質選用一般的雙絞線即可滿足要求，如圖9所示。圖10是ADM3053的硬件設計圖。基于CAN總線的預警滅火機器人的通信設計一方面可以大大的較少布線及元器件的使用，可以為內部滅火機器人節省布局空間；另一方面，可以提升整個預警滅火機器人系統的安全性與穩定性。

本系統主要是由上層終端監控部分和底層滅火機器人兩大部分組成。底層滅火機器人包括，運動系統單元，信息采集單元，預警滅火單元，底層滅火機器人是以嵌入式linux作為核心控制平臺，以輪式移動機器人作為基本運動機構，云臺攝像頭、火焰傳感器、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的視覺模塊和觸覺模塊來獲取到火災現場的各種數據信息，并且將數據交給嵌入式芯片處理，來對現場火焰進行識別定位，做出最優路徑規劃，驅動滅火器將火焰撲滅。上層終端監控部分利用無線網卡和無線路由器組建成的WIFI環境，將底層滅火機器人所傳輸的視頻等現場數據信息發送到現場PC機的客戶端，實現本地監控，與此同時寫入到WEB數據庫中，WEB數據庫和WEB瀏覽器建立TCP連接，將現場PC機客戶端所接收到的數據進一步實時傳送到遠程的WEB瀏覽器，現場的視頻及其他各種數據信息大小及時作出預警。該系統整體結構設計如圖11所示。此外預警滅火機器人根據現場的火勢系統選擇ARM多軸控制卡作為機器人下位機的運動控制核心，其優點主要包括以下幾個方面：a.選用三星公司32位ARM11微處理器S3C6410，該CPU基ARM1176JZF-S核設計，自身集成了電機控制所需的各種功能，如PWM控制、編碼器信息采集等，同時，還集成了SCI、SPI、CAN總線通訊；b.CPU最高工作頻率667Mhz，采用三級流水線，能夠滿足滅火機器人運動控制實時性的要求，同時，高精度的定時周期還滿足了超聲波傳感器等對實時性要求較高外設的要求；c.獨立的運動控制系統，多種總線通訊，使系統更具模塊化，易于進行維護及二次開發。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。