消防滅火小車文獻(xiàn)綜述.doc

咸寧學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）：文獻(xiàn)綜述電子與信息工程學(xué)院 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))文 獻(xiàn) 綜 述學(xué)生姓名： 宋 海 軍 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 李 東 京 2010年 2 月文獻(xiàn)綜述 基于AT89S52的消防滅火小車的設(shè)計(jì)一、前言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑和企業(yè)生產(chǎn)的特殊性，導(dǎo)致化學(xué)危險(xiǎn)品和放射性物質(zhì)泄漏以及燃燒、爆炸、坍塌的事故隱患增加，事故發(fā)生的概率也相應(yīng)提高。一旦發(fā)生災(zāi)害事故，消防員面對(duì)高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時(shí)，若沒有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，不僅不能完成任務(wù)，還會(huì)徒增人員傷亡，這方面已有諸多的教訓(xùn)。因而為了更好地解決前述難題，消防滅火機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。消防滅火機(jī)器人屬于特種機(jī)器人范疇，它作為特種消防設(shè)備可以替代消防隊(duì)員接近火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項(xiàng)火場(chǎng)偵察任務(wù)，尤其是在危險(xiǎn)性大或者消防隊(duì)員不易接近的場(chǎng)合，消防滅火機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力，對(duì)減少國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。在我國(guó)消防部門配備消防機(jī)器人的問題非常迫切了。消防機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力。二、主體1. 國(guó)外消防滅火機(jī)器人的發(fā)展歷史國(guó)際上較早開展消防機(jī)器人研究的是美國(guó)和前蘇聯(lián)，稍后，英國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)、等國(guó)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(chǎng)。 國(guó)際上對(duì)消防機(jī)器人的研究可分為三個(gè)階段(三代)，第一代是程序控制消防機(jī)器人，第二代是具有感覺功能的消防機(jī)器人，第三代是智能化消防機(jī)器人。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在加快開發(fā)具有不同功能的實(shí)用型的第二代消防機(jī)器人和第三代低級(jí)智能化消防機(jī)器人，著手研究第三代高級(jí)智能機(jī)器人。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把研究開發(fā)消防機(jī)器人列入國(guó)家技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，將它作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要保證手段。 日本投入應(yīng)用的消防機(jī)器人最多。80年代，日本研制了不少于5種型號(hào)的自動(dòng)行駛消防機(jī)器人，分別配備于大阪、東京、高石、太田、蒲田等消防部門，這類機(jī)器人以內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，配置驅(qū)動(dòng)輪或履帶式行駛機(jī)構(gòu)，能爬坡、越障礙；裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉(zhuǎn)；裝有氣體檢測(cè)儀器和電視監(jiān)視設(shè)備；通過電纜或無線控制，控制距離最大為100m。另一類機(jī)器人為偵察、搶險(xiǎn)機(jī)器人，除裝有氣體檢測(cè)儀器和電視監(jiān)視器設(shè)備外，還裝有機(jī)械手，能通過遙控處理危險(xiǎn)物品。 美國(guó)已研制出能依靠感覺信息控制的救災(zāi)智能化機(jī)器人，亞利桑諾州消防部門研制的消防機(jī)器人，裝有破拆工具和消防水槍，能一邊破拆，一邊噴射滅火。2. 國(guó)內(nèi)消防滅火機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)大約有30家左右的高等院校和研究院所在從事各類機(jī)器人的研究工作，自1971年以來，已在機(jī)器人的感覺識(shí)別，操作、移動(dòng)技術(shù)，人機(jī)接口技術(shù),智能化技術(shù)等方面取得了可喜的成就。部分科研成果,如工業(yè)裝配、焊接、噴涂，搬運(yùn)、探傷、水下作業(yè)、過程測(cè)量機(jī)器人已進(jìn)入實(shí)用階段，某些控制、傳動(dòng)元器件的產(chǎn)品技術(shù)已接近國(guó)際先進(jìn)水平，為消防機(jī)器人的研制創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。 近年來，我國(guó)消防機(jī)器人的研制工作得到了政府有關(guān)部門的支持。1995年上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)公安部上海消防科學(xué)研究所著手研制我國(guó)第一臺(tái)消防機(jī)器人自行式消防炮，目前該項(xiàng)目已通過驗(yàn)收并順利進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。該消防機(jī)器人系統(tǒng)由運(yùn)載車、機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)組成，運(yùn)載車用于將機(jī)器人從消防站運(yùn)至火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，并裝有消防機(jī)器人的后方控制操作臺(tái)，電纜卷盤，水帶等附件。消防機(jī)器人采用外部供電系統(tǒng)提供動(dòng)力，完成控制、偵檢、滅火、冷卻，稀釋等工作。該消防機(jī)器人的研制成功標(biāo)志著我國(guó)第一代（多功能）消防機(jī)器人正式誕生，填補(bǔ)了我國(guó)在消防機(jī)器人領(lǐng)域的空白，其技術(shù)水平達(dá)到了國(guó)際 80 年代中期的消防機(jī)器人水平5。3. 消防滅火機(jī)器人的基本功能消防滅火機(jī)器人具有的基本功能包括以下幾個(gè)方面：行駛電機(jī)的控制、消防噴槍位置的控制、現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、數(shù)據(jù)處理與通信等等。消防機(jī)器人往往需要在高溫、強(qiáng)熱輻射、濃煙、地形復(fù)雜、障礙物多、化學(xué)腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中進(jìn)行火場(chǎng)偵察、化學(xué)危險(xiǎn)品探測(cè)、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業(yè)。某些特定功能的消防機(jī)器人應(yīng)該具備以下某項(xiàng)或幾項(xiàng)行走和自衛(wèi)功能:爬坡、登梯及障礙物跨越功能,耐溫和抗熱輻射功能,防雨淋功能,防爆、隔爆功能,防化學(xué)腐蝕功能,防電磁干擾功能,遙控功能等1。4. 消防滅火機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1) 無生命損傷性。消防機(jī)器人作為一種無生命載體，在面臨高溫、有毒、缺氧和濃煙等各種危險(xiǎn)復(fù)雜的環(huán)境時(shí)，在人力所不及之處可充分發(fā)揮其作用，大大減少消防人員傷亡。如若配備消防機(jī)器人，黃島油庫、“11.3”湖南衡陽大火釀成的悲劇本可以避免。 2) 可重復(fù)使用性。消防機(jī)器人作為一種特殊武器裝備，在細(xì)心維護(hù)保養(yǎng)的同時(shí)，可反復(fù)多次使用，發(fā)揮其效能。 3) 人工智能性?，F(xiàn)代機(jī)器人是人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、電力電子、模糊控制和機(jī)械工業(yè)等高端學(xué)科的結(jié)合體。而消防機(jī)器人作為特種機(jī)器人的一種，更是揉合了各項(xiàng)高新技術(shù)成果，機(jī)器人已是反應(yīng)國(guó)家的技術(shù)先機(jī)與否的標(biāo)志之一。各國(guó)政府技術(shù)部門、公司針對(duì)消防員面臨日趨復(fù)雜的應(yīng)急救援的環(huán)境，在目前人工智能已成熟的前提下，結(jié)合了其他各項(xiàng)高新技術(shù)，針對(duì)特殊情況開發(fā)出具有針對(duì)性的消防機(jī)器人?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，自主判斷實(shí)際危險(xiǎn)情況來源，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、處理、傳輸反饋、滅火等工作。 缺點(diǎn) 1) 維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜。由于消防機(jī)器人屬于高新技術(shù)的結(jié)合體，對(duì)操控、維護(hù)保養(yǎng)人員有一定的要求，專業(yè)方面要求有一定的知識(shí)，要定期舉行專業(yè)人員培訓(xùn)，尤其是電子元件，或可能受到潮濕、濃煙和灰塵等影響，需要一定的維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)基礎(chǔ)。 2) 造價(jià)高昂。由于消防機(jī)器人屬于高等學(xué)科知識(shí)和各項(xiàng)先進(jìn)高新技術(shù)的集合體，研制時(shí)間較長(zhǎng)，研制經(jīng)費(fèi)較高，且生產(chǎn)數(shù)量并不多，造成價(jià)格普遍昂貴，不能大量配備消防部隊(duì)。同時(shí)，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，政府財(cái)政撥出能力有限，也是其不能大量配備消防部隊(duì)的重要原因之一。 5. 本課題的設(shè)計(jì)思想根據(jù)課題的要求，本消防滅火小車在設(shè)計(jì)上與常見的消防滅火機(jī)器人有一定的不同。1) 消防滅火小車行進(jìn)路線的選擇。通常一般的滅火機(jī)器人的行進(jìn)路線不是固定的而是根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行自動(dòng)判定。但在本課題中由于消防滅火小車只需要在大小相對(duì)固定的空曠的平地上進(jìn)行滅火，因而經(jīng)過綜合考慮選擇了固定的循跡行進(jìn)方式。選擇循跡行進(jìn)方式的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)化了小車最佳路線判斷的步驟、避免了小車探測(cè)火源時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤判斷4。2) 編程語言的選擇。由于本課題的主控芯片的選用的是AT89S52，因而選用C語言進(jìn)行編程。對(duì)于單片機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)C語言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，在國(guó)際上非常流行，它既可以用來編寫計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可以用來編寫一般的應(yīng)用程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要用匯編語言編寫，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更是如此。由于匯編語言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用，不但周期長(zhǎng)，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較困難，為了提高編制單片機(jī)應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，采用高級(jí)語言無疑是一種最好的選擇，C語言既具有一般高級(jí)語言的特點(diǎn)，又能直接對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行操作，表達(dá)和運(yùn)算能力也較強(qiáng)，許多以前只能采用匯編語言來解決的問題都可以用C語言來解決?；贑語言的特點(diǎn)，用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)14。3) 火源探測(cè)方式的選擇。在一般的消防滅火機(jī)器人上配置的都是高靈敏度的紫外線火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器。這樣可以保證在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火源并滅火。本課題中的火源是小車啟動(dòng)前就存在的，因而無需選擇昂貴的傳感器來進(jìn)行火源探測(cè)，經(jīng)過相應(yīng)的研究選用了遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅?。遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y(cè)火源或其它一些波長(zhǎng)在760納米1100納米范圍內(nèi)的熱源,能將探測(cè)到的火焰信號(hào)轉(zhuǎn)為0-5V的電壓信號(hào)，紅色線接DC5V，黑色線接GND 綠色線信號(hào)輸出，可直接輸入IC。利用這個(gè)火焰?zhèn)鞲衅骺梢院芎玫木_火源的位置6。 4) 小車滅火位置的定位。通常一般的消防滅火機(jī)器人是利用紅外進(jìn)行滅火位置的定位，即利用紅外將小車定位在滅火裝置的有效工作范圍內(nèi)。本課題利用上述遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髋c火源不同的距離產(chǎn)生不同的電信號(hào)來控制小車的停止與滅火12。5) 滅火方式的選擇。由于課題中的火源是用蠟燭模擬的，因而選擇了風(fēng)扇的滅火方式。原因是實(shí)現(xiàn)起來方便，便于調(diào)整和檢修。三、總結(jié)本設(shè)計(jì)開發(fā)的智能消防滅火小車應(yīng)用范圍十分廣泛，設(shè)計(jì)的智能消防滅火小車能夠?qū)崿F(xiàn)火源監(jiān)控、報(bào)警、具有自動(dòng)循跡、吹風(fēng)滅火、返回起始點(diǎn)等功能，可通過火源的監(jiān)控來進(jìn)行控制小車的動(dòng)作。本設(shè)計(jì)具有很好的開發(fā)前景，將會(huì)受到廣大安全防護(hù)人員的歡迎。四、參考文獻(xiàn)1 劉建國(guó),杜玉紅.滅火機(jī)器人的應(yīng)用設(shè)計(jì)J.機(jī)電工程技術(shù).2009.38(04):103-1062 邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法M.北京:清華大學(xué)出版社,2005. 3 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