关于仓库火灾排查机器人的研究

陈思

摘要：火灾是给人们的人身安全和财产安全带来了极大的危险，及时发现灾情很重要。仓库是一个火灾发生比较频繁的场所，所以企业及大量学者投入仓库火灾报警系统的研究中，致力研发火灾报警和预防系统。[1]本文主要对仓库火灾排查机器人进行研究，应用温度传感器及烟雾传感器，设计一个基于STC51单片机巡查火灾机器人。

Abstract： Fire is a great danger to people's personal safety and property safety. It is very important to find out the disaster in time. Warehouse is a place where fires occur frequently， so enterprises and a large number of scholars have devoted themselves to the research of warehouse fire alarm system. This paper mainly studies the warehouse fire detection robot， and designs a fire inspection robot by using temperature sensor and smoke sensor， which is based on STC51 single chip.

关键词：温度传感器;烟雾传感器;火焰传感器;排查火灾机器人

Key words： temperature sensor;smoke sensor;flame sensor;fire detection robot

0  引言

由于部分仓库环境复杂、堆放物品杂而乱、老仓库电气线路隐患多等原因，多仓库是一个火灾发生概率较高的场所，所以必须对仓库进行监控。[2]如果在火灾的初期就能产生报警，并且准确性、可靠性都高，那么能减少很多的财产损失及人员伤亡。[3]很多企业会安排员工定期对仓库进行巡查和监控，但是这样的监控，一来太消耗劳动力，二来员工在夜晚精神状况较差，难免对工作有所疏忽，所以火灾电子监控设备必不可少。目前，市场上已经出现了大量的烟雾报警系统和预警系统，主要是在仓库的各个角落安装烟雾报警系统。由于仓库的空间比较大，布线复杂，线路故障检测与维护工作繁琐。本文以平面仓库为研究对象，使用QRA4.U系列火焰传感器、MQ-2烟雾传感器、温度传感器和搭建红外线检测电路来检测火灾，使用红外传感器作为循线传感器，应用无Wifi无线通信等技术，对仓库火灾排查移动机器人进行研究。

1  硬件电路设计

1.1 QRA4.U系列火焰传感器的简介

火焰传感器常被用于燃气或燃油火焰的监测。这个系列的火焰传感器能够监测燃气火焰、黄色或蓝色燃油燃烧火焰以及点火火花。当波长为190～270nm范围内的光照射到QRA4.U系列火焰传感器时，就会触发火焰传感器，启动带有两个电极的内部电路的电流。火焰传感器不会对燃烧室内灼热的耐火砖，日光或照明光线产生反应。图1是QRA4.U系列火焰传感器。

1.2 基于红外光电二极管的火焰检测电路

红外光电二极管跟普通的二极管相似，PN节也有单向导通性，单向导通电阻随着红外光线的强度成反比。本文将红外光电传感器与10K的电阻串联，红外光电二极管的正极的电位作为电压比较器LM393的输入。比较器的另一输入管脚跟可调电阻相连，从而获得0～5V范围的可调电压。发光二极管D1用作电源指示灯，D2用作开关指示灯。

1.3 MQ-2烟雾传感器的简介

MQ-2烟雾传感器对液化气、天然气、城市煤气、二氧化碳等气体有较好的灵敏度。传感器内的气敏电阻的电阻值范围为电阻值范围1～20kΩ。具有模拟量输出及TTL电平输出，模拟输出电压范围为0～5V，能够直接与51系列单片机直接相連。输出的模拟电压与气体浓度呈正比。具有快速的响应恢复特性，具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。

1.4 L298N电机驱动模块的简介

L298N是由两个H桥组成的全桥式驱动器，是一种高电压、大电流电机驱动芯片，额定功率为25W。该芯片可以驱动两个直流电机，或者一台两相步进电机或四相步进电机。用L298N驱动模块来驱动直流电机时，通过对使能端ENA、ENB、A1、A2、B1、B2输入不同组合的逻辑电压信号，来实现电机的控制。当确定了转向后（例如A1、A2被置1，确定了正转的方向），对使能端输入PWM脉冲信号，可实现直流电机的调速。

1.5 ESP8266 WIFI通信模块的简介

ESP8266无线通信模块采用串口与MCU（或其他串口设备）通信，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换，兼容51系列的单片机系统。除了电源管脚外的四个管脚分别是通信接口RXD、TSD，RST重启管脚，和I0-0管脚（低电平时烧写模式，高电平是运行模式），与单片机的连接方便，RXD可以与单片机的TXD管脚直接连接，TXD管脚能直接跟单片机的RXD管脚直接连接。

1.6 原理图设计

本文选用AT89S52单片机作为主控芯片，使用烟雾传感器、火焰检测传感器、红外检测电路，搭建一个集合多传感器检测系统。使用两个直流电机及红外循迹传感器来完成机器人的运动任务。采用Wifi无线通信，发出报警信号来触发保安室的报警装置。烟雾传感器与单片机的连接简单，只需要将烟雾传感器的模拟输出电压脚AO或者逻辑信号输出管脚DO跟单片机的一个I/O接口相连即可，红外检测电路、火焰传感器检测电路及温敏电阻检测电路输出的是逻辑信号，分别接到单片机的一个I/O接口。循迹电路采用的是识别路线的四红外开关传感器，跟单片机的4个I/O接口相连。采用了L298N驱动模块来驱动两个直流电机，将模块上的两组（6个管脚）使能端跟单片机相连，结合软件编程即可完成两个电机制动、停止、正转、反正、调速的控制。采用了硬件设计框图如图7所示，主控电路及管脚分配如图8所示，红外检测电路、蓝牙通信电路、烟雾传感器电路如图9所示，其他外围电路（温敏电阻检测电路、电机驱动电路及循迹电路）。[4]

2  程序设计

在程序设计了，在主程序采用查询的方法来查询循迹传感器的检测信号，判断机器人的运动方向是否需要调整及怎样调整。采用定时中断的方法对红外循迹传感器电路火焰传感器检测电路、温敏电阻检测电路、烟雾传感器电路的输入信号，然后作判断。将火焰传感器电路、温敏电阻检测电路及基于红外检测电路的输出信号进行逻辑运算判断，如果三个电路中有两个以上检测到火焰，单片机则通过WiFi电路将发出报警信号，触发保安室的报警装置。如果烟雾传感器检测到烟雾浓度超标，单片机也发出信号触发报警装置。主程序设计框图如图11所示，中断子函数设计框图如图12所示。

3  结束语

由于危险化学品的腐蚀、有毒、易燃易爆特性，存储危化品的仓库若发生火灾事故将导致极大的安全财产损失研究立体仓库的货位火灾预警具有重要现实意义。[4]本文以平面仓库为研究对象，对火灾排查机器人进行基本研究，将传感器技术、单片机技术、电子技术应用到本设计中，对硬件设计和程序设计作了简单的阐述。至于仓库火灾排查机器人的关键技术，例如，视觉检测技术、检测电路的灵敏性及准确性、远距离的无线通信技术、互联网通信、机器人的灭火装置等，后期还需要投入大量的研究工作。

参考文献：

[1]高帅，朱国庆，赵永昌.一起仓库火灾事故调查与场景再现[J].消防科学与技术，2018，37（08）：1148-1151.

[2]梁雅楠.“三小场所”电气火灾防控技术的研究[D].西安理工大学，2018.

[3]孔祥涛.高架仓库的火灾探测器选型与布置[J].现代建筑电气，2018，9（04）：45-47.

[4]卢浩.基于光纤拉曼散射的危化品立体仓库货位火灾预警系统的研究[D].北京化工大学，2018.