如何使用Arduino构建一个消防机器人

根据国家犯罪记录局（NCRB）的数据，据估计，从2010年到2014年，印度因火灾事故造成超过1.2万人死亡。尽管对火灾事故采取了很多预防措施，但这些自然/人为灾难确实时不时发生。在发生火灾时，为了救人和灭火，我们被迫使用不安全的人力资源。随着技术的进步，特别是在机器人技术方面，很有可能用机器人代替人类来灭火。这将提高消防员的效率，并防止他们冒着生命危险。今天我们将使用Arduino构建一个消防机器人，它将自动感应火灾并启动水泵

在这个项目中，我们将学习如何使用Arduino构建一个简单的机器人，它可以向火移动并在火周围抽水来扑灭火。这是一个非常简单的机器人，可以教我们机器人的基本概念;一旦您了解了以下基础知识，您就可以构建更复杂的机器人。所以让我们开始吧...

所需材料：

Arduino UNO

火灾传感器或火焰传感器（3 个）

伺服电机 （SG90）

L293D电机驱动模块

微型直流潜水泵

小型面包板

带电机（2）和轮子（2）的机器人底盘（任何类型）

一个小罐头

连接线

消防机器人工作理念：

该项目的主要大脑是Arduino，但为了感知火灾，我们使用如下所示的火灾传感器模块（火焰传感器）。

如您所见，这些传感器有一个红外接收器（光电二极管），用于检测火灾。这怎么可能？当火燃烧时，它会发出少量的红外线，这种光会被传感器模块上的红外接收器接收。然后，我们使用运算放大器检查红外接收器两端的电压变化，这样，如果检测到火灾，输出引脚（DO）将给出0V（LOW），如果没有火灾，输出引脚将为5V（HIGH）。

因此，我们在机器人的三个方向上放置了三个这样的传感器，以感知火在哪个方向燃烧。

我们检测火灾方向，我们可以通过L293D 模块驱动电机来使用电机在火灾附近移动。当靠近火灾时，我们必须用水将其扑灭。使用一个小容器我们可以携带水，容器中还放置了一个5V泵，整个容器放置在伺服电机的顶部，以便我们可以控制必须喷水的方向。现在让我们继续连接

电路图：

下面给出了该消防机器人的完整电路图

您可以连接所有显示的连接以上传程序以检查工作情况，也可以完全组装机器人，然后继续连接。这两种方式的连接都非常简单，您应该能够正确处理。

根据您使用的机器人底盘，您可能无法使用我正在使用的相同类型的容器。在这种情况下，请发挥自己的创造力来设置泵送系统。但是，代码将保持不变。我用一个小铝罐（冷饮罐）将泵放在里面，然后在里面倒水。然后，我将整个罐子组装在伺服电机的顶部，以控制水的方向。我的机器人组装后看起来像这样。

 

 

如您所见，我已使用胶水将伺服翅片固定在容器底部，并使用螺母和螺栓将伺服电机固定在底盘上。我们可以简单地将容器放在电机顶部，然后触发其中的泵通过管子向外泵水。然后可以使用伺服器旋转整个容器以控制水的方向。

对 Arduino 进行编程：
准备好硬件后，您可以上传Arduino代码以进行某些操作。本页末尾给出了完整的程序。但是，我在这里进一步解释了一些重要的零碎内容。

众所周知，火灾传感器在发生火灾时将输出高电平，在发生火灾时将输出低电平。因此，我们必须继续检查这些传感器是否发生火灾。如果没有火灾，我们要求电机保持停止，使所有引脚高，如下所示

if (digitalRead(Left_S) ==1 && digitalRead(Right_S)==1 && digitalRead(Forward_S) ==1) //If Fire not detected all sensors are zero
{
//Do not move the robot
digitalWrite(LM1, HIGH);
digitalWrite(LM2, HIGH);
digitalWrite(RM1, HIGH);
digitalWrite(RM2, HIGH);
}
同样，如果发生火灾，我们可以通过旋转相应的电机来要求机器人向该方向移动。一旦它到达火场，左右传感器将不会检测到火势，因为它会直立在火场前方。现在我们使用名为“fire”的变量来执行函数来熄火。

else if (digitalRead(Forward_S) ==0) //If Fire is straight ahead
{
//Move the robot forward
digitalWrite(LM1, HIGH);
digitalWrite(LM2, LOW);
digitalWrite(RM1, HIGH);
digitalWrite(RM2, LOW);
fire = true;
}
一旦变量火灾变为真，消防机器人arduino代码将执行put_off_fire功能，直到火灾被扑灭。这是使用下面的代码完成的。

while (fire == true)
{
put_off_fire();
}
在 put_off_fire（） 中，我们只需要通过使所有引脚变高来停止机器人。然后打开泵将水推出容器，同时我们还可以使用伺服电机旋转容器，使水均匀地分开。这是使用下面的代码完成的

void put_off_fire()
{
delay (500);
digitalWrite(LM1, HIGH);
digitalWrite(LM2, HIGH);
digitalWrite(RM1, HIGH);
digitalWrite(RM2, HIGH); 
digitalWrite(pump, HIGH); delay(500);
for (pos = 50; pos <= 130; pos += 1) {
myservo.write(pos);
delay(10); 
}
for (pos = 130; pos >= 50; pos -= 1) {
myservo.write(pos);
delay(10);
}
digitalWrite(pump,LOW);
myservo.write(90);
fire=false;
}

消防机器人工作：

建议分步检查机器人的输出，而不是第一次一起运行。您可以将机器人构建到伺服电机上，并检查它是否能够成功跟踪火灾。然后您可以检查泵和伺服电机是否正常工作。一旦一切按预期工作，您就可以运行下面的程序并享受消防机器人的完整工作。

机器人的完整工作可以在下面的视频中找到。可以检测到火灾的最大距离取决于火灾的大小，对于小火柴棍来说，距离相对较小。您还可以使用模块顶部的电位计来控制机器人的灵敏度。我用移动电源为机器人供电，你可以使用电池，甚至可以用12V电池供电。

/*------ Arduino Fire Fighting Robot Code----- */



#include

Servo myservo;



int pos = 0; 

boolean fire = false;



/*-------defining Inputs------*/

#define Left_S 9 // left sensor

#define Right_S 10 // right sensor

#define Forward_S 8 //forward sensor



/*-------defining Outputs------*/

#define LM1 2 // left motor

#define LM2 3 // left motor

#define RM1 4 // right motor

#define RM2 5 // right motor

#define pump 6



void setup()

{

pinMode(Left_S, INPUT);

pinMode(Right_S, INPUT);

pinMode(Forward_S, INPUT);

pinMode(LM1, OUTPUT);

pinMode(LM2, OUTPUT);

pinMode(RM1, OUTPUT);

pinMode(RM2, OUTPUT);

pinMode(pump, OUTPUT);



myservo.attach(11);

myservo.write(90); 

}



void put_off_fire()

{

delay (500);



digitalWrite(LM1, HIGH);

digitalWrite(LM2, HIGH);

digitalWrite(RM1, HIGH);

digitalWrite(RM2, HIGH);



digitalWrite(pump, HIGH); delay(500);



for (pos = 50; pos <= 130; pos += 1) { 

myservo.write(pos); 

delay(10); 

}

for (pos = 130; pos >= 50; pos -= 1) { 

myservo.write(pos); 

delay(10);

}



digitalWrite(pump,LOW);

myservo.write(90);



fire=false;

}



void loop()

{

myservo.write(90); //Sweep_Servo(); 



if (digitalRead(Left_S) ==1 && digitalRead(Right_S)==1 && digitalRead(Forward_S) ==1) //If Fire not detected all sensors are zero

{

//Do not move the robot

digitalWrite(LM1, HIGH);

digitalWrite(LM2, HIGH);

digitalWrite(RM1, HIGH);

digitalWrite(RM2, HIGH);

}



else if (digitalRead(Forward_S) ==0) //If Fire is straight ahead

{

//Move the robot forward

digitalWrite(LM1, HIGH);

digitalWrite(LM2, LOW);

digitalWrite(RM1, HIGH);

digitalWrite(RM2, LOW);

fire = true;

}



else if (digitalRead(Left_S) ==0) //If Fire is to the left

{

//Move the robot left

digitalWrite(LM1, HIGH);

digitalWrite(LM2, LOW);

digitalWrite(RM1, HIGH);

digitalWrite(RM2, HIGH);

}



else if (digitalRead(Right_S) ==0) //If Fire is to the right

{

//Move the robot right

digitalWrite(LM1, HIGH);

digitalWrite(LM2, HIGH);

digitalWrite(RM1, HIGH);

digitalWrite(RM2, LOW);

}



delay(300); //Slow down the speed of robot



while (fire == true)

{

put_off_fire();

}

}