Создание пожарного мини-автомобиля на платформе Arduino

АННОТАЦИЯ

В этой статье рассмотрена проблема обнаружения пожара и его тушение. Тушение пожара огнетушителем – это опасная работа для человека, она часто ставит под угрозу жизнь этого человека. Данная работа направлена на техническое решение указанной проблемы. Робот - это механическая конструкция, которая способна автоматически выполнять сложную серию действий, особенно одну, программируемую компьютером. Робот-огнетушитель - это робот с тональным управлением DTMF, к которому добавлен небольшой огнетушитель. Этот мобильный робот управляется с помощью мобильного телефона с помощью сигналов DTMF для его движения и достижения огня, датчик пламени обнаруживает пожар и подает дополнительный сигнал на блоки пожаротушения, чтобы запустить насос и распылить воду. Вся система программируется с помощью платы Arduino UNO (микроконтроллер ATmega328P), которая формирует мозг системы.

ABSTRACT

In this article, fire detection and extinguishing is a hazardous job for a fire extinguisher, it often endangers the life of that person. This project is aimed at a technical solution to this problem. A robot is a mechanical structure capable of automatically performing a complex series of actions, especially one programmed by a computer. The fire extinguisher robot is a DTMF tone controlled robot to which a small fire extinguisher is added. This mobile robot is controlled by a mobile phone using DTMF signals to move and reach the fire, the flame sensor detects the fire and sends an additional signal to the fire extinguishing units to start the pump and spray water. The entire system is programmed with the Arduino UNO board (ATmega328P microcontroller), which forms the brain of the system.

Ключевые слова: Технология DTMF, двигатели постоянного тока, датчик пламени, водяной насос, ARDUINO UNO.

Keywords: DTMF technology, DC motors, flame sensor, water pump, ARDUINO UNO.

Введение.

Робот - это машина, похожая на человека и выполняющая различные сложные задачи. Существует много типов роботов, таких как робот со стационарной базой, мобильный робот, подводный робот, робот-гуманоид, космический робот, медицинский робот и т. Д. В этой статье предлагается РОБОТ ПОЖАРОТУШЕНИЯ [1]. Этот робот оснащен одним датчиком пламени, который используется для обнаружения возгорания в окружающей среде и подачи сигналов на микроконтроллер, чтобы запустить насос, который разбрызгивает воду для тушения пожара. Этот робот управляется с помощью мобильного телефона с помощью сигналов DTMF, декодируемых декодером DTMF[2].

Цель исследования

Этот робот реализует концепции экологического пожарного зондирования, пропорционального управления двигателем. Драйвер двигателя используется для двунаправленного управления двигателями, установленными в роботе. Каждая инструкция по управлению движением передается роботу с помощью технологии DTMF. Таким образом, робот  обрабатывает информацию от различных ключевых аппаратных элементов, таких как датчик пламени, декодер DTMF через плату Arduino Uno (микроконтроллер) [2]. Программирование робота осуществляется с использованием Arduino C, который является производным от языков C и C++. Эта статья представлена ​​следующим образом. Предлагаемая методология в разделе II, который состоит из блок-схемы, компонентов и их объяснения. Детали аппаратного и программного обеспечения включены в раздел III. В Раздел IV включены результаты и выводы [3].

Методы.

На рис.1 показана блок-схема пожарного робота. Основная тема этой статьи - почувствовать экологический пожар и потушить его с помощью водяного насоса. Плата микроконтроллера Arduino UNO на базе ATmega328P. ATmega328P - хорошая платформа для приложений робототехники. Таким образом, можно проводить тушение пожара в реальном времени [2].

Рисунок 1. Блок-схема пожарного робота

Программное обеспечение Arduino работает на разных платформах, таких как Mac, Windows и Linux. В случае программного обеспечения Arduino возможно простое и понятное программирование. Библиотеки Arduino играют важную роль в упрощении программирования, предоставляя более широкий спектр библиотек. В программном обеспечении Arduino доступно множество встроенных библиотек, что позволяет добавлять дополнительные библиотеки, доступные для загрузки в открытом исходном коде. Возможно добавление новых плат в программное обеспечение Arduino. Поскольку Arduino C является производным от программирования C и C ++ и намного проще по сравнению с программированием других контроллеров [5].

Рисунок 2. Полная принципиальная схема этого пожарного робота приведена ниже

Микроконтроллер, в свою очередь, управляет системой пожаротушения. Рабочее напряжение контроллера составляет 5 В, тактовая частота - 16 МГц, а рекомендуемое входное напряжение - 7–12 В, а ограничение входного напряжения составляет 6–20 В. Двухтональная многоканальная сигнализация (DTMF) - это внутриполосная телекоммуникационная система сигнализации, которая использует полосу тональных частот по телефонным линиям между телефонным оборудованием и другими устройствами связи и центрами коммутации. Здесь используется IC MT8870DE, микросхема декодера тонального набора. Основная цель этого проекта - разработать робота для пожаротушения, управляемого DTMF, который обнаруживает место пожара и тушит пожар с помощью спринклеров при запуске насоса [5]. Направление движения робота описывается платой водителя мотора. Он используется для подачи высокого напряжения, а большой ток выдается в качестве выхода для запуска двигателей, которые используются в проекте для движения робота. В этом проекте используется простой двигатель постоянного тока для вращения колеса, которое отвечает за движение робота. Двигатели постоянного тока обычно преобразуют электрическую энергию в механическую. Для тушения огня используется насос, нагнетающий воду в пламя. Для перекачки воды используется простой мотор. Насосный двигатель в системе пожаротушения контролирует поток воды, выходящей из откачки [5].

Рисунок 3. Внешний вид разработки

Результаты и обсуждение.

Микроконтроллер ATmega328P (Arduino UNO):

Рисунок 4. Разработка на базе микроконтроллера Arduino Uno. Доска

На рис. 4 показана плата Arduino Uno. Arduino / Genuino Uno - это плата микроконтроллера на базе ATmega328P. Он имеет 14 цифровых входных / выходных контактов (из которых 6 могут использоваться как выходы PWM), 6 аналоговых входов, кварцевый кристалл 16 МГц, USB-соединение, разъем питания, разъем ICSP и кнопку сброса. Он содержит все необходимое для поддержки микроконтроллера [6].

Датчики пламени:

Рисунок 5. Датчик пламени

На рис. 5 показан датчик пламени. Этот датчик может обнаруживать пламя, считывая световые волны с длиной волны от 760 до 1100 нанометров. Расстояние испытания зависит от размера пламени и настроек чувствительности. Угол обнаружения составляет 60 градусов, поэтому пламя не обязательно должно находиться прямо перед датчиком [6].

Есть два выхода датчиков:

1. Цифровой - отправка либо нуля, если ничего не обнаружено, либо единицы при положительном обнаружении.
2. Аналоговый - отправка значений в диапазоне, представляющем вероятность / размер / расстояние пламени; должен быть подключен к входу с поддержкой ШИМ.

Заключение

Робот пожаротушения использует технологию DTMF для управления направлениями робота. Мы проектируем систему обнаружения пожара с использованием датчика пламени, способного обнаруживать пламя в диапазоне длин волн от 760 до 1100 нм, а диапазон обнаружения зависит от чувствительности и варьируется от 10 см до 1,5 футов. Робот может работать в среде, недоступной для человека, за очень короткое время, задержка очень минимальна. Робот точно и эффективно обнаруживает возгорание и за минимальное время после его обнаружения тушит.

Список литературы:

1. ARDUINO Workshop by John Boxall . –2013.
2. ARDUINO Cookbook, Second Edition by Michael Margolis 2012
3. Bantsi Massimo ARDUINO dlya nachinayuschikh volshebnikov M 2012 128s
4. М. С. Голубцов Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному / М. С. Голубцов — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 288 с. — (Серия «Библиотека инженера»)
5. Электронный ресурс http://213.159.213.14/ru/tech/archive/item/11068 (дата обращения 01.02.2021)
6.  Электронный ресурс https://www.researchgate.net/publication/317610964_Fire_Extinguishing_Robot (дата обращения 01.02.2021)
7. Электронный ресурс  http://nostarch.com/ARDUINO/ (дата обращения 01.02.2021)
8. Электронный ресурс http://fritzing.org/ (дата обращения 01.02.2021)