基于UWB定位技術(shù)的消防巡檢機(jī)器人系統(tǒng)分析

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1、基于UWB定位技術(shù)的消防巡檢機(jī)器人系統(tǒng)分析 方芳　靳作寶　賀麟　李史玉　徐佳宇　盧?？? 摘要：隨著社會(huì)的開展以及科技水平的不斷提高，“智慧消防〞的技術(shù)在防火監(jiān)督業(yè)務(wù)工作上發(fā)揮著事半功倍的作用。該工程對“智慧消防〞課題開展研究，針對我國火災(zāi)防控體系還不夠完善，智能化程度較低，且各地分散研發(fā)應(yīng)用，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)這一現(xiàn)象，該文設(shè)計(jì)了一款基于UWB定位技術(shù)的消防巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)用戶指定的路線通過算法進(jìn)行路線識別和位置識別，自主精確循跡。用戶可以通過藍(lán)牙對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以及運(yùn)動(dòng)控制，從而增強(qiáng)其實(shí)用性。 關(guān)鍵詞：UWB定位紅外熱成像zigbee無線通訊智慧消防 中圖分類號

2、：TN925文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791〔2021〕09〔b〕-0012-02 國際上最早開展消防機(jī)器人研究的是美國和前蘇聯(lián)，稍后，英國、日本、法國、德國等國家也紛紛開始研究該類技術(shù)。目前已有很多種不同功能的消防機(jī)器人用于救災(zāi)現(xiàn)場。我國在近些年來“智慧消防〞的研究與推廣中也取得了豐碩成果，確立了自上而下的“一庫三網(wǎng)〞體系建設(shè)框架。 該控制系統(tǒng)以MK60N512VMD100為主控芯片，操作員利用Zigbee無線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制。車載紅外熱像儀通過圖傳模塊將采集到的視頻信息發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行顯示處理。UWB模塊定位目標(biāo)物體位置，進(jìn)行自主循跡。實(shí)現(xiàn)全智能化預(yù)防火災(zāi)，減小火

3、情。極大程度上降低了消防工作所需要的人力物力。并能夠根據(jù)采集到的視頻信息及時(shí)采取有效的救護(hù)措施。 1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 整個(gè)控制系統(tǒng)主要包括了UWB定位模塊，紅外熱像儀測溫模塊，ZigBee無線通訊模塊，圖傳模塊，消防滅火機(jī)構(gòu)5局部組成，其中Zigbee和圖傳模塊實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的交互，UWB和紅外熱像儀分別實(shí)現(xiàn)定位和監(jiān)控。 2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 為了更好的適應(yīng)周圍路況環(huán)境，選用了履帶式輪系結(jié)構(gòu)，加大了輪子與地面的接觸面積，增大了對地面的附著力。具有良好的通過性，可以適用于多種惡劣的路面情況。應(yīng)用范圍廣。 主控電路主要由主控芯片、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源穩(wěn)壓、按鍵調(diào)試電路等組成。電源輸入7.

4、2V電壓，其中主控芯片選用恩智浦公司生產(chǎn)的MK60N512VMD100，144引腳的有多達(dá)100多個(gè)IO口，支持ADC采集、UART串口發(fā)送、定時(shí)器、flash存儲(chǔ)、PWM輸出等強(qiáng)大功能。還有豐富的外設(shè)模塊可以使用。 3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) UWB是一種無線射頻信號。UWB發(fā)射極短的脈沖，瞬間脈沖有著急劇的波峰波谷，因此信號發(fā)射的起止時(shí)間更容易測量。這意味著兩個(gè)UWB設(shè)備之間的距離可以通過測量電波在設(shè)備之間傳輸所用時(shí)間精確，相比于信號強(qiáng)度估計(jì)距離更精確的距離。本文選用了TDOA定位算法，這種定位方法不需要基站與定位標(biāo)簽時(shí)間同步，只需要保持參考節(jié)點(diǎn)之間同步。在實(shí)際應(yīng)用中更容易實(shí)現(xiàn)，本錢也相對較低

5、。 下位機(jī)控制流程如圖3所示，整個(gè)控制分為3個(gè)中斷，其中包括1個(gè)定時(shí)器中斷2個(gè)串口中斷。首先進(jìn)行初始化，每隔10ms對電機(jī)進(jìn)行一次控制量輸出，同時(shí)等待接收上位機(jī)發(fā)來的控制信號以及UWB發(fā)送的位置數(shù)據(jù) 上位機(jī)工作流程如圖4所示，首先對各模塊進(jìn)行初始化，建立攝像頭和串口的連接，直至連接成功后判斷是否接收到操作員的控制信號，如果有那么將控制信號發(fā)給下位機(jī)，此時(shí)上位機(jī)還會(huì)通過藍(lán)牙接收zigbee發(fā)來的數(shù)據(jù)解析、存儲(chǔ)并顯示到界面。 4結(jié)語 該文設(shè)計(jì)的智能消防巡檢機(jī)器人系統(tǒng)解決了消防工作所需要的大量人力物力的問題，還可以代替?zhèn)}庫、工廠、小區(qū)等巡邏安保人員，對所檢測的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并通過紅

6、外熱像儀對周圍環(huán)境進(jìn)行熱量分析，到達(dá)火災(zāi)預(yù)防的目的。下位機(jī)通過Zigbee進(jìn)行無線通信，傳輸距離遠(yuǎn)且功耗低，大大提高了機(jī)器人的靈活性。同時(shí)履帶式的輪系結(jié)構(gòu)具有良好的通過性，可以適用于多種惡劣的路面情況。 參考文獻(xiàn) 【1】張建中，郝允梁，劉海洋，等.基于STM32單片機(jī)的智能消防機(jī)器人的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，43〔11〕：120-123. 到達(dá)時(shí)間差的超寬帶室內(nèi)定位算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2021〔S1〕：135-139. 【3】劉鍇圣，黃民.基于STM32的消防滅火機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].輕工科技，2021〔1〕：70-71，109. 【4】楊德強(qiáng)，潘錦，陳波，等.UWB定位技術(shù)在電磁波實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2021，31〔6〕：117-119. 【5】宮紅鎖，楊慧紅，靳云玲.中國消防機(jī)器人的展望[J].中國公共平安：學(xué)術(shù)版，2021〔1〕：128-130.