本發(fā)明涉及一種消防機器人，特別是一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人及控制方法。

背景技術：

火災是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災害。在各種災害中，火災是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災害之一，一旦火災發(fā)生，必須要立即通知消防部門，消防部門立即根據(jù)報警信息調取消防員出警進行救援，而消防員的職責主要為消滅火災及救護服務，他是這個世界上與我們關系最為緊密的危險職業(yè)之一，他們與死神的周旋也最容易讓我們感動。因此在火災救援時，他們必須要進入火災現(xiàn)場進行救援，而在火災現(xiàn)場環(huán)境不可控，例如帶有一些易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險環(huán)境，容易影響自己的生命安全，故為了代替消防人員的工作，誕生了消防機器人，消防機器人作為特種機器人的一種，在滅火和搶險救援中愈加發(fā)揮舉足輕重的作用。各種大型石油化工企業(yè)、隧道、地鐵等不斷增多，油品燃氣、更加毒氣泄漏爆炸、隧道、地鐵坍塌等災害隱患不斷增加。消防機器人能代替消防救援人員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災害事故現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集、處理、反饋以及滅火，因此如何在火災發(fā)生的時候第一時間到達現(xiàn)場并進行救援尤為重要，而目前的消防機器人大多是通過fsk通訊進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，導致?shù)據(jù)傳輸過程中受到干擾而影響通訊效果，以及數(shù)據(jù)傳輸精度，因此需要改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術的不足而提供一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人及控制方法，其通過發(fā)送端進行以擴頻編碼擴頻調制來提高機器人的抗干擾性能，同時提高機器人的控制距離。在通訊過程通過擴頻編碼以后保密性能得到大幅度提高，數(shù)據(jù)不容易被暴力破解，最終能夠用在地鐵環(huán)境和艦艇上進行消防作用，同時通訊距離與穿透能力比傳統(tǒng)的fsk提升1倍以上，最終實現(xiàn)高精度遠距離的進行控制滅火器人的作業(yè)，提高了救援位置的精度控制。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的一種自主移動自動探測滅火的消防機器人，包括消防機器人本體和設于消防機器人本體內的主控制系統(tǒng)，在消防機器人本體上設有底盤和主要由水源、消防泵組、管道、閥門、水炮、動力源和控制裝置組成的水炮系統(tǒng)，在底盤上設有能夠進行前后左右運轉的車輪或履帶，所述水炮系統(tǒng)中的動力源包括一組以上的分別能夠控制水炮不同作業(yè)的電機，在主控制系統(tǒng)上連接有通過無線擴頻通訊技術進行信號傳輸?shù)倪b控系統(tǒng)，所述主控制系統(tǒng)包括：

與控制水炮電機的個數(shù)相同的pwm脈沖寬度調制電路，所述pwm脈沖寬度調制電路與每組水炮的電機控制連接，驅動對應的電機進行工作；

電流檢測保護電路，與pwm脈沖寬度調制電路形成回路，用于檢測水炮電機的工作電流，防止電流過大；

主無線擴頻接收模塊，通過高速spi接口來控制擴頻射頻芯片進行數(shù)據(jù)交換；

主電源模塊，通過12v直流電進行整流、濾波、穩(wěn)壓后再經(jīng)過一正向低壓降穩(wěn)壓電路進行再次穩(wěn)壓，確保給設備的供電穩(wěn)定；

主flash儲存模塊，將通訊數(shù)據(jù)進行儲存，并能夠起到掉電保護作用；

底盤控制轉換模塊，通過將電平信號轉換成底盤能夠接受的電平信號，從而控制底盤的操作；

主arm微控制器，分別與pwm脈沖寬度調制電路、電流檢測保護電路、主無線擴頻接收模塊、主電源模塊路、主flash儲存模塊和底盤控制轉換模塊連接，通過主無線擴頻接收模塊接收到的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給主arm微控制器，由主arm微控制器將信號進行分析，最終控制對應的模塊實現(xiàn)對應的功能；

所述遙控系統(tǒng)包括：

輔無線擴頻發(fā)送模塊，通過發(fā)送端進行以擴頻編碼擴頻調制來提高機器人的抗干擾性能，同時提高機器人的控制距離；

遙控按鈕模塊，作為消防機器人本體的功能觸發(fā)條件；最終實現(xiàn)控制消防機器人的底盤以及水炮系統(tǒng)的滅火操作；

輔電源模塊，通過12v直流電進行整流、濾波、穩(wěn)壓后再經(jīng)過一正向低壓降穩(wěn)壓電路進行再次穩(wěn)壓，確保給設備的供電穩(wěn)定；

輔arm微控制器，與遙控按鈕模塊、輔電源模塊和輔無線擴頻發(fā)送模塊連接，將遙控按鈕模塊上的各個按鈕操控的信號發(fā)送給輔無線擴頻發(fā)送模塊，由輔無線擴頻發(fā)送模塊將信號按照多頻道的發(fā)送方式構建數(shù)據(jù)包并發(fā)送給主無線擴頻接收模塊，由主無線擴頻接收模塊將干擾后的信號通過fec算法糾錯后輸出正確的數(shù)據(jù)包，然后由主arm微控制器將正確的數(shù)據(jù)包解析后控制對應的操作功能。

為了后期提高擴展功能，所述主控制系統(tǒng)上還設有用于增加后期操作功能的功能擴展模塊，在主控制系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)中均設有報警提示模塊。

為了進一步提高保護作用，所述電流檢測保護電路包括用于檢測水炮電機的工作電流的霍爾傳感器u14，所述霍爾傳感器u14的輸出端通過第一電阻r12與主arm微控制器的adc引腳，且該第一電阻r12還通過第二電阻r14與接地端gnd連接，在第二電阻r14上并聯(lián)有第一電容c129。

為了方便數(shù)據(jù)的傳輸，所述底盤控制轉換模塊包括電平轉換芯片u17，所述電平轉換芯片u17的輸出連接通過串口插接座j19與消防機器人本體的底盤控制端連接。

本發(fā)明還一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人的控制方法，包括采用上述的一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人，其具體包括以下步驟：

a）通過遙控按鈕模塊上的遙控按鈕進行操作，當操控對應功能的遙控按鈕后，將對應的數(shù)據(jù)信號發(fā)送給輔arm微控制器；

b）由輔arm微控制器將數(shù)據(jù)信號發(fā)送給輔無線擴頻發(fā)送模塊；由輔無線擴頻發(fā)送模塊中的擴頻編碼擴頻調制，并通過主無線擴頻接收模塊來解擴來提高機器人的抗干擾性能；

c）由主無線擴頻接收模塊將信號進行接收，然后將干擾后的信號通過fec算法糾錯后輸出正確的數(shù)據(jù)包，然后由主arm微控制器將正確的數(shù)據(jù)包解析后控制對應的操作功能；

d）在主無線擴頻接收模塊操作機器人工作時，通過電流檢測保護電路實時監(jiān)測水炮電機的電流情況，一旦電流出現(xiàn)問題，立即控制水炮電機停止工作，從而實現(xiàn)保護功能。

作為優(yōu)選，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，最終提高控制能力，所述的主無線擴頻接收模塊和輔無線擴頻發(fā)送模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸方法是通過在輔arm微控制器與輔無線擴頻發(fā)送模塊之間設置了信號放大模塊，通過信號放大模塊將數(shù)據(jù)進行放大，然后再傳輸給主無線擴頻接收模塊，提高信號的傳輸能力。

為了單獨操控的能力，實現(xiàn)獨一性，所述主無線擴頻接收模塊和輔無線擴頻發(fā)送模塊通過如下步驟實現(xiàn)擴頻數(shù)據(jù)傳輸：

輔無線擴頻發(fā)送模塊：

1）將外部傳輸至輔arm微控制器的待發(fā)送的信息經(jīng)過信息調制形成數(shù)字信號并將對應的輔arm微控制器的序列碼放入該數(shù)字信號的后面；

2）并由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列對數(shù)字信號進行擴展頻譜；

3）射頻發(fā)生器通過將擴展頻譜的數(shù)字信號轉換成模擬信號，并通過射頻信號發(fā)送該主無線擴頻接收模塊；

主無線擴頻接收模塊：

1）在接收端，將收到的射頻信號由高頻變頻至電子器件可以處理的中頻，并把模擬信號轉化成數(shù)字信號；

2）由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的和發(fā)送端相同的擴頻碼對數(shù)字信號進行解擴；

3）將該數(shù)字信號最后的序列號分離出來，并與主無線擴頻接收模塊中儲存的序列號進行對比，成功，將分離后的數(shù)字信號解調成原始信息輸出；不成功，說明該遙控系統(tǒng)與本機器人不對應，不做任何操作。

本發(fā)明得到的一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人及控制方法，其通過發(fā)送端進行以擴頻編碼擴頻調制來提高機器人的抗干擾性能，同時提高機器人的控制距離。在通訊過程通過擴頻編碼以后保密性能得到大幅度提高，數(shù)據(jù)不容易被暴力破解，最終能夠用用在地鐵環(huán)境和艦艇上進行消防作用，同時通訊距離與穿透能力比傳統(tǒng)的fsk提升1倍以上，且在數(shù)據(jù)傳輸時通過放大電路提高的數(shù)據(jù)的傳輸能力，還在數(shù)據(jù)傳輸時將發(fā)送唯一的序列號提高了配對的獨一性。

附圖說明

圖1是實施例1所提供的一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人的結構示意圖；

圖2是實施例1中一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人的控制部分的結構連接示意圖；

圖3是實施例1中主控制系統(tǒng)的部分電路原理圖一；

圖4是實施例1中主控制系統(tǒng)的部分電路原理圖二；

圖5是實施例1中主控制系統(tǒng)的部分電路原理圖三；

圖6是實施例1主控制系統(tǒng)的部分電路原理圖四；

圖7是實施例1主控制系統(tǒng)的部分電路原理圖五；

圖8是實施例1中遙控系統(tǒng)的部分電路原理圖一；

圖9是實施例1中遙控系統(tǒng)的部分電路原理圖二；

圖10是實施例1中遙控系統(tǒng)的部分電路原理圖三；

圖11是實施例2中一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人的控制部分的結構連接示意圖。

圖中：消防機器人本體1、底盤2、水炮系統(tǒng)3、主控制系統(tǒng)4、遙控系統(tǒng)5、pwm脈沖寬度調制電路6、電機7、電流檢測保護電路8、主無線擴頻接收模塊9、主電源模塊10、主flash儲存模塊11、底盤控制轉換模塊12、主arm微控制器13、輔無線擴頻發(fā)送模塊14、遙控按鈕模塊15、輔電源模塊16、輔arm微控制器17、功能擴展模塊18、報警提示模塊19、信號放大模塊20、車輪21。

具體實時方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例1：

如圖1-圖10所示，本實施例提供的一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人，包括消防機器人本體1和設于消防機器人本體1內的主控制系統(tǒng)4，在消防機器人本體1上設有底盤2和主要由水源、消防泵組、管道、閥門、水炮、動力源和控制裝置組成的水炮系統(tǒng)3，在底盤2上設有能夠進行前后左右運轉的車輪或履帶21，所述水炮系統(tǒng)3中的動力源包括一組以上的分別能夠控制水炮不同作業(yè)的電機7，在主控制系統(tǒng)4上連接有通過無線擴頻通訊技術進行信號傳輸?shù)倪b控系統(tǒng)5，如圖3-6所示，所述主控制系統(tǒng)4包括：

與控制水炮電機7的個數(shù)相同的pwm脈沖寬度調制電路6，所述pwm脈沖寬度調制電路6與每組水炮的電機7控制連接，驅動對應的電機7進行工作；

電流檢測保護電路8，與pwm脈沖寬度調制電路6形成回路，用于檢測水炮電機7的工作電流，防止電流過大；

主無線擴頻接收模塊9，通過高速spi接口來控制擴頻射頻芯片進行數(shù)據(jù)交換；

主電源模塊10，通過12v直流電進行整流、濾波、穩(wěn)壓后再經(jīng)過一正向低壓降穩(wěn)壓電路進行再次穩(wěn)壓，確保給設備的供電穩(wěn)定；

主flash儲存模塊11，將通訊數(shù)據(jù)進行儲存，并能夠起到掉電保護作用；

底盤控制轉換模塊12，通過將電平信號轉換成底盤2能夠接受的電平信號，從而控制底盤2的操作；

主arm微控制器13，分別與pwm脈沖寬度調制電路6、電流檢測保護電路8、主無線擴頻接收模塊9、主電源模塊路10、主flash儲存模塊11和底盤控制轉換模塊12連接，通過主無線擴頻接收模塊9接收到的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給主arm微控制器13，由主arm微控制器13將信號進行分析，最終控制對應的模塊實現(xiàn)對應的功能；

如圖7-9所示，所述遙控系統(tǒng)5包括：

輔無線擴頻發(fā)送模塊14，通過發(fā)送端進行以擴頻編碼擴頻調制來提高機器人的抗干擾性能，同時提高機器人的控制距離；

遙控按鈕模塊15，作為消防機器人本體1的功能觸發(fā)條件；最終實現(xiàn)控制消防機器人的底盤2以及水炮系統(tǒng)3的滅火操作；

輔電源模塊16，通過12v直流電進行整流、濾波、穩(wěn)壓后再經(jīng)過一正向低壓降穩(wěn)壓電路進行再次穩(wěn)壓，確保給設備的供電穩(wěn)定；

輔arm微控制器17，與遙控按鈕模塊15、輔電源模塊16和輔無線擴頻發(fā)送模塊14連接，將遙控按鈕模塊15上的各個按鈕操控的信號發(fā)送給輔無線擴頻發(fā)送模塊14，由輔無線擴頻發(fā)送模塊14將信號按照多頻道的發(fā)送方式構建數(shù)據(jù)包并發(fā)送給主無線擴頻接收模塊9，由主無線擴頻接收模塊9將干擾后的信號通過fec算法糾錯后輸出正確的數(shù)據(jù)包，然后由主arm微控制器13將正確的數(shù)據(jù)包解析后控制對應的操作功能。在本實施例中如圖1所示，控制的是車輪，也可以是履帶。

為了進一步提高保護作用，所述電流檢測保護電路8包括用于檢測水炮電機7的工作電流的霍爾傳感器u14，所述霍爾傳感器u14的輸出端通過第一電阻r12與主arm微控制器13的adc引腳，且該第一電阻r12還通過第二電阻r14與接地端gnd連接，在第二電阻r14上并聯(lián)有第一電容c129。

為了方便數(shù)據(jù)的傳輸，所述底盤控制轉換模塊12包括電平轉換芯片u17，所述電平轉換芯片u17的輸出連接通過串口插接座j19與消防機器人本體1的底盤2控制端連接。

為了后期提高擴展功能，所述主控制系統(tǒng)4上還設有用于增加后期操作功能的功能擴展模塊18，在主控制系統(tǒng)4和遙控系統(tǒng)5中均設有報警提示模塊19。在本實施例中所述的功能擴展模塊18通過設置一個j13的插接排線并與主arm微控制器13的adc接口連接，且所述的報警提示模塊19分別通過一個三極管以及蜂蜜器連接構成的報警提示模塊并與對應的主控制系統(tǒng)4和遙控系統(tǒng)5連接。

本實施例還一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人的控制方法，包括采用上述的一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人，其具體包括以下步驟：

a）通過遙控按鈕模塊15上的遙控按鈕進行操作，當操控對應功能的遙控按鈕后，將對應的數(shù)據(jù)信號發(fā)送給輔arm微控制器17；

b）由輔arm微控制器17將數(shù)據(jù)信號發(fā)送給輔無線擴頻發(fā)送模塊14；由輔無線擴頻發(fā)送模塊14中的擴頻編碼擴頻調制，并通過主無線擴頻接收模塊9來解擴來提高機器人的抗干擾性能；

c）由主無線擴頻接收模塊9將信號進行接收，然后將干擾后的信號通過fec算法糾錯后輸出正確的數(shù)據(jù)包，然后由主arm微控制器13將正確的數(shù)據(jù)包解析后控制對應的操作功能；

d）在主無線擴頻接收模塊9操作機器人工作時，通過電流檢測保護電路8實時監(jiān)測水炮電機7的電流情況，一旦電流出現(xiàn)問題，立即控制水炮電機7停止工作，從而實現(xiàn)保護功能。

本實施例中，所述的主arm微控制器13采用型號為stm32f103vbt6；所述輔arm微控制器17的采用型號為stm32f103rct6；所述主無線擴頻接收模塊9和輔無線擴頻發(fā)送模塊14中的主芯片均采用sx1278無線通信接收芯片，所述的底盤控制轉換模塊12中采用sp3232een芯片u17將主arm微控制器13的信號發(fā)送給u17,由u17轉換成底盤2能夠接收的電平信號，最終控制底盤2上的車輪21工作。

在本實施例中，通過設置向左遙控按鈕、向右遙控按鈕、向下遙控按鈕、噴水霧模式按鈕、噴水花模式按鈕以及制動按鈕，從而每一個按鈕對應輸出一個信號并發(fā)送給輔arm微控制器17，由輔arm微控制器17將信號通過輔無線擴頻發(fā)送模塊14進行調頻調制后無線發(fā)送給主無線擴頻接收模塊9，尤其通過軟件fec前向糾錯散發(fā)，主動將糾正被干擾的數(shù)據(jù)包，大大提高的可靠性和通訊距離，使得能夠提高檢測精度及實現(xiàn)遠距離控制。

實施例2：

如圖11所示，本實施例提供的一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人的控制方法，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，最終提高控制能力，所述的主無線擴頻接收模塊9和輔無線擴頻發(fā)送模塊14之間的數(shù)據(jù)傳輸方法是通過在輔arm微控制器17與輔無線擴頻發(fā)送模塊14之間設置了信號放大模塊20，通過信號放大模塊20將數(shù)據(jù)進行放大，然后再傳輸給主無線擴頻接收模塊9，提高信號的傳輸能力。所述的信號放大模塊20采用三極管放大。

實施例3：

本實施例提供的一種高精度遠距離控制的消防滅火機器人的控制方法，為了單獨操控的能力，實現(xiàn)獨一性，所述主無線擴頻接收模塊9和輔無線擴頻發(fā)送模塊14通過如下步驟實現(xiàn)擴頻數(shù)據(jù)傳輸：

輔無線擴頻發(fā)送模塊14：

1）將外部傳輸至輔arm微控制器17的待發(fā)送的信息經(jīng)過信息調制形成數(shù)字信號并將對應的輔arm微控制器17的序列碼放入該數(shù)字信號的后面；

2）并由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列對數(shù)字信號進行擴展頻譜；

3）射頻發(fā)生器通過將擴展頻譜的數(shù)字信號轉換成模擬信號，并通過射頻信號發(fā)送該主無線擴頻接收模塊9；

主無線擴頻接收模塊9：

1）在接收端，將收到的射頻信號由高頻變頻至電子器件可以處理的中頻，并把模擬信號轉化成數(shù)字信號；

2）由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的和發(fā)送端相同的擴頻碼對數(shù)字信號進行解擴；

3）將該數(shù)字信號最后的序列號分離出來，并與主無線擴頻接收模塊9中儲存的序列號進行對比，成功，將分離后的數(shù)字信號解調成原始信息輸出；不成功，說明該遙控系統(tǒng)5與本機器人不對應，不做任何操作。

通過上述方法，使得在信號傳輸時，將對應的遙控器的獨立的序列號也編輯到擴頻技術中，使得在數(shù)據(jù)連接時，實現(xiàn)遙控器與機器人主體1的唯一連接性。