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基于STM32單片機(jī)的智能消防機(jī)器人設(shè)計(jì)研究
張欽 2023/6/24 9:05:00
（接上頁）析，轉(zhuǎn)換成PWM控制信號，借助串口將信號傳送[4]。
圖4 下位機(jī)控制軟件操作流程
（4）圖像處理白化算法軟件設(shè)計(jì)
近年來，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的過程中，機(jī)器人圖像處理技術(shù)具有多元化特點(diǎn)，而本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將STM32單片機(jī)作為核心部分，因此主要使用白化算法技術(shù)方式有效解決機(jī)器人圖像成像問題[5]。
消防機(jī)器人在進(jìn)行火災(zāi)撲救和搶險(xiǎn)期間，可能會出現(xiàn)物體反射光亮、照明強(qiáng)度過高的問題，導(dǎo)致攝像拍攝受到不利影響，出現(xiàn)不確定性的風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)所采集的圖像和視頻等清晰度難以符合標(biāo)準(zhǔn)。為有效預(yù)防此類不確定性因素所帶來的影響，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)合理設(shè)計(jì)圖像的白化算法軟件，收集圖像的像素?cái)?shù)據(jù)值信息，將其轉(zhuǎn)變成為平均數(shù)據(jù)值與單位方差數(shù)據(jù)值。在軟件實(shí)際運(yùn)行的過程中先進(jìn)行原始灰度圖像P像素?cái)?shù)據(jù)值的分析，按照下列公式進(jìn)行像素方差數(shù)據(jù)值 和平均數(shù)據(jù)值 的計(jì)算。
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要將灰度圖像轉(zhuǎn)變成為彩色圖像，因此應(yīng)分別設(shè)置不同的三個(gè)通道，對 與 數(shù)據(jù)值精準(zhǔn)計(jì)算，結(jié)合公式進(jìn)行像素的轉(zhuǎn)化處理。同時(shí)在系統(tǒng)運(yùn)行期間可以結(jié)合硬件平臺的特點(diǎn)，合理進(jìn)行白化算法軟件的應(yīng)用，通過STM32單片機(jī)，準(zhǔn)確進(jìn)行計(jì)算處理和濾波處理，利用圖像存儲器的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行畫面截取，最終使用 完成圖像效果的觀察[6]。
1.3 整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按照智能消防機(jī)器人具體的應(yīng)用需求，在車體整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中需要確保在滿足平地行駛要求的基礎(chǔ)上，能夠在斜坡區(qū)、樓梯區(qū)域和積水區(qū)域安全駕駛運(yùn)行，具備一定的特殊功能，例如：可以在洼區(qū)或是積水的區(qū)域正常行駛，同時(shí)也能進(jìn)行爬坡、跨越障礙，可在原地進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)。此情況下，建議設(shè)計(jì)履帶類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖5所示。
圖5 履帶類型行走機(jī)械結(jié)構(gòu)
從本質(zhì)層面而言，履帶類型結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中和地面接觸面積很大，有很強(qiáng)的附著力和牽引能力，能夠在積水道路和泥濘道路行走，通過性很高。整體車體的架構(gòu)設(shè)計(jì)，鋁合金鑄造材料，輪系部分則是由驅(qū)動(dòng)輪、拖鏈輪等組合成。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，將精密行星減速無刷電機(jī)設(shè)備，配置在驅(qū)動(dòng)輪上，提升驅(qū)動(dòng)力的水平。而導(dǎo)向輪則需要按照地面摩擦系數(shù)的差異性，對履帶松緊度進(jìn)行調(diào)整，使履帶在不同環(huán)境都能適應(yīng)。與此同時(shí)配置支撐輪用來進(jìn)行車體重量、水帶重量和水炮重量的制成，其中減震器設(shè)備的應(yīng)用，能夠預(yù)防出現(xiàn)車體顛簸的問題，增強(qiáng)車體的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，且支撐輪能夠跟隨履帶轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，降低兩個(gè)部分的摩擦。除此之外，結(jié)合車體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)專用的消防水炮設(shè)施，在車體底部區(qū)域的中間位置配置水管，車體后下方的位置將水管接入，利用前端水炮進(jìn)行滅火劑的噴射，在實(shí)際運(yùn)行期間整體結(jié)構(gòu)的重心很低，噴水的過程中車體非常穩(wěn)定[7]。
2 基于STM32單片機(jī)的智能消防機(jī)器人的試驗(yàn)和應(yīng)用
2.1 試驗(yàn)措施
基于 STM32單片機(jī)智能化消防機(jī)器人設(shè)計(jì)完成之后，為確保設(shè)備和系統(tǒng)的良好應(yīng)用，需要做好試驗(yàn)測試工作，采用合理的試驗(yàn)分析方式明確設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用是否存在問題，及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)和設(shè)備的改進(jìn)優(yōu)化。
（1）合理進(jìn)行速度試驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)過程中將機(jī)器人設(shè)置在道路中行駛，進(jìn)行運(yùn)行速度的測試，測試之后發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人在執(zhí)行道路中運(yùn)行速度為每小時(shí)3千米左右，最高爬坡角度36度的情況下，行走速度可以達(dá)到每小時(shí)0.9千米，直線行走200米的范圍內(nèi)，雖然會出現(xiàn)方向誤差偏移的問題，但能夠滿足具體的實(shí)踐應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)要求[8]。
（2）圖像仿真試驗(yàn)
圖像仿真實(shí)驗(yàn)的過程中仿真真實(shí)的火災(zāi)現(xiàn)場圖像，試驗(yàn)完成后可以發(fā)現(xiàn)屏幕中所顯示的圖像，沒有非常明顯的波紋和雪花，可以滿足應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
（3）水炮的試驗(yàn)
按照要求在機(jī)器人上設(shè)置水帶，將水的壓力調(diào)整為0.8mpa，可以發(fā)現(xiàn)水炮的噴水長度為72米左右，自動(dòng)化噴淋系統(tǒng)能夠快速開啟，可以有效進(jìn)行降溫。
2.2 具體的應(yīng)用
實(shí)際操作的過程中下位機(jī)整體架構(gòu)主要是由控制板部分、圖片視頻傳輸模塊、傳感器部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分和電源電壓檢測模塊部分所組合而成。主要功能就是進(jìn)行上位機(jī)操作數(shù)據(jù)信息和信號的讀取，準(zhǔn)確計(jì)算控制量數(shù)據(jù)，將PWM信號輸出傳送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，對水炮設(shè)備和云臺設(shè)備的工作進(jìn)行控制。與此同時(shí)，進(jìn)行不同傳感器數(shù)據(jù)信息的讀取，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)系統(tǒng)，按照傳感器所檢測的水炮水壓數(shù)據(jù)、車輛前后障礙距離數(shù)據(jù)、車體傾斜角度數(shù)據(jù)、車體溫度（未完，下一頁）
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