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基于stm32的灭火机器人.docx
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更新于2023-05-22
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本系统以stm32f103最小开发板为主控,通过红外测距模块检测障碍物以及房间门,使灭火机器人能够躲避障碍物并顺利进入房间。通过火焰传感器确定火焰位置,使灭火机器人能顺利到达火焰位置,到达火焰位置后stm32f103驱动灭火系统进行灭火。灭火机器人能够实现避障、寻找火源并稳定、准确的进行灭火的功能。
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摘 要 本系统以 stm32f103 最小开发板为主控,通过红外测距模块检测障碍物以及房间
门,使灭火机器人能够躲避障碍物并顺利进入房间。通过火焰传感器确定火焰位置,使灭
火机器人能顺利到达火焰位置,到达火焰位置后 stm32f103 驱动灭火系统进行灭火。灭火
机器人能够实现避障、寻找火源并稳定、准确的进行灭火的功能。
关键词 stm32f103; 红外测距; 火焰传感器; 电机驱动
1 绪论
随着人们生活条件的日益提高以及社会的进步,人们对于电及天然气的使
用越来越多越来越频繁,这也造成了火灾频发、人员伤亡。灭火机器人的产
生,实现了对安全防护的质的提高,降低了消防人员的危险。现阶段已经出现
了许多同等类型的灭火机器人,但是能真正投入使用的却是少之又少,本次毕
设的目的在于解决当前市面上的灭火机器人所无法完成的事以及遇到的种种问
题。若解决了这些问题并在灭火机器人上配以各种接口传感器便实现了系统的
智能化。那么不管是在安全防护方面、工业控制方面、医疗卫生方面、还是在
国防军事方面、航天航空方面、微控制器方面都可起到重要作用。5G 时代的来
临,物联网将得到巨大的提升,灭火机器人的实际应用也会得到巨大提升
[1]
。
数据传输速度随着 5G 的到来得以巨大提高。随着数据传输速率的提高,灭火
机器人遇到突发事件所需的处理时间将大大降低。灭火机器人可以取代消防队
员进入有毒、浓雾、缺氧等风险系数较大的灭火现场完成检查、排烟灭火、救

助伤员等危险任务,在保护消防员的人身安全的同时又进一步提高了消防部队
灭火救援的能力。当前灭火机器人的应用较少,应用程度远未达到预期值,收
集到的灭火机器人参与的实际灭火救援任务案例很少。当前灭火机器人得不到
广泛应用主要有两大问题其一是灭火机器人在复杂的环境中难以准确识别火源
位置,达到理想的灭火结果。其二是灭火机器人的结构复杂成本较高,出现问
题难以维修。本次毕设着重解决这两大问题,使灭火机器人即使在复杂环境下
也可以实现准确定位火源位置。并尽可能简化了灭火机器人的结构使灭火机器
人在出现问题时可以方便修理。
2 系统整体方案设计
2.1 总体设计思想
本课题采用 stm32f103 作为灭火机器人的主控芯片,使用红外避障传感器
模块、电机驱动模块、火焰传感器模块、电源控制模块等多个模块相结合。传
感器与主控芯片相连接,主控芯片通过检测传感器传回的数据下达相应的指令
驱动灭火机器人行进。主要工作原理为:通过灭火机器人上的红外避障模块实
现躲避障碍物并在复杂环境准确进入房间,通过两路 PWM 波控制两个直流电

机从而控制灭火机器人的前进及转向。进入房间后通过火焰传感器监测是否存
在着火点,若存在着火点则驱动灭火机器人向着火点行进,进入可灭火范围进
行灭火。最终实现灭火机器人准确避开障碍物并进入房间寻找火焰位置进行准
确灭火的功能。
2.2 系统硬件方案设计
本课题的目的在于设计一个在相对复杂的区域能够实现自主搜索火源并且
实 施 灭 火 的 智 能 机 器 人 。 本 次 毕 设 使 用 的 主 控 芯 片 为 stm32f103 单 片
机,stm32f103 是一款具有高性能、低成本、低功耗的单片机
,它具有 ARM
Cortex-M 内核的 32 位微处理器
[2]
。本次设计重点在接收各种传感器返回的数据
并正确驱动电机进行相应指令上,因此需要正确选择红外避障传感器、火焰传
感器以及直流电机的型号,保证灭火机器人可以完成指定要求。系统总体设计
框图如 2-1 所示。

图 2-1 设计框图
灭火机器人有两种机械结构可供选择,为方便灭火机器人的驱动及功能的
实现对两种方案进行论证。
方案一:采用四轮的车体。该方案灭火机器人稳定性高但其车体较大,灵
活性差,当灭火机器人遇到狭窄地形时难以实现灵活转弯。
方案二:采用三轮的车体。该结构方便、易于控制、灵活性好,在狭窄地
形也可实现灵活转弯。
为方便灭火机器人的控制及功能的实现,采用方案二。
2.3 系统软件方案设计
软件设计方案以上面所提到的硬件电路为基础,灭火机器人包含了电机控
制模块、火焰传感器模块、红外避障模块、单片机模块、电源模块。程序设计
采用 c 语言编写,编程环境是 keil 编译器的集成编译环境。灭火机器人的软件
小车电
机驱动
stm32f103
风扇
电机
火焰传
感器
红外避障传
感器
电源模块

设计结构框图如 2-2 所示。
图 2-2 系统软件设计框图
3 硬件设计
按硬件框图,本次设计所需器件清单如表 3-1 所示。
表 3-1 器件清单
器件名称 器件数量
电源
直流电机
电源模块电路板
电机驱动电路板
单片机最小系统板
火焰传感器
红外避障传感器
2
3
1
2
1
1
5
3.1 红外避障电路
灭火机
器人系
统软件
电机控
制模块
转弯子程序
前进子程序
停止子程序
光敏子程序
避障子程序
火焰子程序
传感器
模块
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