控制器是智能机器人处理和控制信息的主体，它直接决定了机器人的行为和性能。近几年来随着高性能微控制器和嵌入式系统技术的不断进步，为各类实时控制应用提供了解决方嵌入式系统（ES）是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的系统，其是硬件和软件紧密捆绑在一起的系统。将嵌入式系统应用于灭火机器人的设计中，对机器人的性能智能化、网络化、小型化都有了明显提高。比赛用灭火机器人需要机器人有智能较高的自动控制性能与可靠的机械控制性能的同时保证，才能在短时间内准确寻找到火源并灭火回家。在此以ARM9处理器为核心，对基于嵌入式系统的智能灭火机器人进行了设计。本文将从硬件和软件方面讲述智能灭火机器人控制器的实现方法，并且给出了机器人灭火的具体实验，验证了方案的可行性，为智能灭火机器人的进一步研究提供了平台。灭火机器人的描述灭火机器人的外形结构如图1所示，它的主要构件有：红外发射传感器（6个），红外接收传感器（6个），声音传感器（1个），灭火风扇（前后各1个），远红外火焰传感器等（前后各7个）。其中红外发射和接受传感器的配合使用可以使机器人自动避障行走。

远红外火焰传感器可以检测光的强弱，用于判断房间是否有火以及趋光灭火。声音传感器用于启动。基于实践，风扇灭火更为可靠，所以选用风扇灭火。灭火机器人的总体设计在智能灭火机器人系统中，首先要解决的是定位问题，故需要一个好的定位方案。所以，控制核心需要给传感器留足够的输入接口，同时也要有足够的输出接口用于控制外设。而速度对灭火机器人至关重要，在高速运动的情况下，需要CPU具有比较强的浮点数运算能力。基于上述考虑，选择ARM9为灭火机器人的控制核心，该控制器硬件功能齐全、功耗小、周边设备集成度高，是先进的智能机器人计算平台。它与其他的主要部件如表1所示，系统总体框架如图2所示。3.2控制器电源供电设计电源直接影响机器人运行特性。考虑到电动机启动瞬间电流很大，会造成电源电压不稳，影响单片机和输入电路工作的稳定性和可靠性，因此这里采用双电源供电方案。电机电源采用容量为高放电倍率聚合物锂电池，工作电压为24V，能提供40的稳定供电电流，是普通电池的10倍;控制器电源采用8.4锂电池，并提供电压采样端口，以供电池检测，控制器电源供电电路图如图5所示。为获得CPU各端口电路所需要的不同等级的电压，该设计采用1个三端稳压个低压差线性电压调整器，并通过其附属电路，得到精确稳定的5三种电压;用1个发光二极管LD1和限流电阻R5作为电源指示灯，以显示电源开关的状态;为实时采样电源电压，防止锂电池过放或过充，通过R1，R2分压，引出AD1灭火机器人嵌入式系统软件设计机器人控制器是一个多任务并行执行的实时控制器。

在软件实现上，灭火机器人除了要协调控制各个不同功用的电机，还需要对红外、灰度、声音等多种传感器接收的数据进行传输、处理等。采用c语言可以方便快捷的编写程序。这里对灭火机器人的每种功能进行模块化处理。总体的思路是：寻找火源。确定火源方位，接近火源，趋光灭火，回家。主程序设计流程图如图6所示。实现起来最基本的就是使机器人能够顺利的直线行走和拐弯，这一模块称为沿墙走（沿左墙前，沿左墙后，沿右墙前。沿右墙后），沿右墙前如图7所示。具体为：（1）若正前距离很大，同时右前的距离稍小时，太靠近右墙，执行左转微调;（2）若正前距离很大，同时右前的距离稍大时，太靠近左墙，执行右转微调;（3）若正前距离很大，右前距离适中，就直行;（4）若正前距离特别小，同时右前距离特别小时，使机器人稍后退可以防碰撞;（5）若正前距离比较小，右前距离也比较小时，机器人左转;（6）右前距离很大时，机器人执行右转弯。其中：（1）～（3）保证了在走直线时可以走直，通过不断调整，使机器人始终运行在距离墙10～15cm的位置。（4）～（6）保证了机器人顺利拐弯和进房间。沿左墙行走及反方向沿墙行进同理，具体的参数必须在不断试验中反复调节。

几种沿墙走配合使用就可以实现全部房间的遍历和回家，再加上趋光和灭火的模块就完成了整个灭火任务。灭火实验在硬件的设计和实现的基础上，用C语言编写了让器人智能搜索房间，发现火源并灭火回家的程序。在不断对各种参数的调节后，该机器人可以在8内完成任意房间灭火，灭完火后，机器人自动回家。统计了30组数据，如表2所示。灭火照片如图8所示。结语实际测试证明该设计的灭火机器人能够较好完成灭火任务，具有一定参考和使用价值。该设计的创新之处为：以AM09为核心的嵌入式系统的控制器运行速度高，能够高速采集和处理传感器系统信号，并发出相应的控制信号，实现8内完成任意房间灭火;该设计采用了嵌入式系统内核，大大提高了机器人处理信号的能力;和AVR--16PC的选用在实现了功能强大的同时，保证了良好的扩展性，并且成本较低，有利于智能机器人早日实现市场化;双电源供电系统的引入，使机器人的运行更加稳定可靠;通过沿墙行进规则的设计，机器人的灵敏度和适应外界变化的特性明显提高，且程序简捷，有利于模块化编程。灭火机器人嵌入式系统硬件设计3.1控制器系统设计由于嵌入式微处理器对实时任务具有很强的支持能力，可以完成多任务并且具有较短的中断响应。

因此在设计过程中，采用嵌入式ARM9为核心的控制器（ST公司的），实现了以极少的周边芯片获得齐全的功能。ARM9处理器具有体积小，功耗低，性能高的特点。它集成了28路模拟信号采集通道，可以兼容数字信号和模拟信号，每路精度为10位，因此可以分辨3mV特的输入电压变化。8路高速数据采集通道每秒可采集5万次信号。该处理器内部采用哈佛结构，每秒可执行1.1亿条机器指令，这样的强大功能可以实现机器人高速精确地按照规定路径行走，并且机器人的CPU能够实时迅速地读取多个传感器端口数值，在较短的时间内完成对各端口数值的存储、运算和输出等多种任务。在主控制器核心CPU的基础上，将各种功能模块、执行机构等连接到CPU的引脚上。控制器总共有28路模拟采样接口。ARM9控制器的系统图如图3所示。在此选用Atmel公司生产的是基于增强的结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于它先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。同时具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C语言编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。

这样就大大方便了在硬件基础上进行软件设计。ARM9处理器含有20路标准数据采集通道通过-PC辅助单片机连接到主芯片上，用以读取远红外传感器组及检测端口的数值，每秒可采集1000次。这种设计提高 了端口数值读取速度，使机器人能对周围环境信息做出迅速判断。ARM9 微处理器与辅助单 片机如图4 所示。 为了保证灭火机器人灵活行走和低功耗，需要一个体积小，超薄轻巧，功耗低的显示器。 公司生产的LCD 满足设计要求，通过与单片机连接、编程、下载、完成显示功能。

家用智能机器人的发展与未来趋势

近年来，家用智能机器人行业取得了巨大的发展，成为现代家庭生活的一部分。家用智能机器人不仅能帮助人们完成日常家务，还能提供娱乐和社交功能。它们的发展与未来趋势备受关注。

首先，随着人工智能技术的进步，家用智能机器人的智能化程度不断提高。现在的智能机器人已经具备了语音识别、人脸识别、环境感知等功能。它们能够与人进行简单对话，并且能够学习和适应人们的习惯。未来的家用智能机器人将更加智能，能够准确地理解人们的需求，并提供更加个性化的服务。

其次，家用智能机器人还将与其他智能设备实现更紧密的互联。随着物联网技术的发展，家庭中的各种设备，如智能电视、智能音箱、智能灯光等都可以通过互联网连接在一起，形成智能家居系统。家用智能机器人将作为智能家居系统的核心控制中心，与其他智能设备共同协作，提供更加便捷和智能化的家庭生活体验。例如，家用智能机器人可以根据人们的日程安排，自动调整灯光和音响的状态，提供更舒适的环境。

再次，家用智能机器人将在教育和娱乐领域发挥更大的作用。智能机器人具备基础的语言表达能力和知识传递能力，可以成为孩子们的学习伙伴。他们可以讲故事、教数学、引导孩子进行互动学习。同时，在娱乐方面，智能机器人也可以通过声音、图像和运动等方式与人们进行互动，成为家庭娱乐的重要组成部分。

最后，家用智能机器人的发展还面临一些挑战。首先，智能机器人的安全性与隐私保护需要得到重视。智能机器人收集到的个人信息要严格保护，并确保机器人在工作中不会对人们造成伤害。其次，机器人与人类的交互方式还需要进一步改进。虽然语音交互已经取得了不错的进展，但是智能机器人在与人们进行复杂对话时还存在困难。未来的发展还要致力于改进机器人的理解能力和表达能力。

总之，家用智能机器人的发展前景十分广阔。随着技术的进一步发展，家用智能机器人将成为人们生活的重要助手，提供更加便捷、智能和舒适的居家体验。然而，我们也要意识到智能机器人发展中存在的挑战，确保其安全性和隐私保护，同时不断改进与人类的交互方式。只有这样，家用智能机器人才能真正融入人们的生活，发挥其最大的作用。

自从雾霾席卷中国，家庭四大件变成了五大件，因为空气净化设备也成了众多家庭的标配。在选择这些空净设备上，人们面临着几大首要的选择：空气净化器、新风系统、家用FFU。鉴于之前已经介绍过空气净化器和新风系统的区别，现在我们主要来探讨下新风系统和家用FFU的区别。

FFU，也就是风机过滤机组，主要是用于工业洁净车间送风系统的设备，从而保证洁净室中的高度洁净状态。随着空气污染的日益严重，有人将工业FFU的外观稍微做了改动，将其应用到家庭中，推出了家用FFU净化器。家用FFU价格便宜，除霾的效果也比较突出，因为它的风量一般都比较大，滤网容尘量更高，对PM2.5等细小颗粒的过滤十分显著，受到了一部分人的欢迎。

此时有人就会问：为什么家用新风系统和家用FFU都是为了应对雾霾而诞生，FFU的除霾效果也很好，怎么家用新风系统就比FFU的要贵呢？

现在我们就来解答这个问题。

一：新风系统是独立的空气净化系统，而FFU是一个过滤机组。

新风系统的工作原理如下：风机从室外吸进空气后，经高效过滤器过滤后，将新鲜空气送入室内。与此同时，室内污浊空气被排风机排送出室外。而FFU的功能就相当于新风系统中的过滤装置，从结构和配置来看，显然新风系统更加高级，净化的模式也更加完善。

二：新风系统可以置换空气，而FFU只过滤空气但无法换气。

FFU只过滤空气中的各种颗粒灰尘，但是无法及时补充空气中的氧气。一旦遇上雾霾天门窗紧闭，不久屋里的二氧化碳含量就越来越高，人就越来越困，当二氧化碳含量高到一定浓度，还会损伤脑细胞。面对这个问题，只有新风系统能够有效地解决，打孔把室外新风引入室内，室内的二氧化碳排放出去，既保证空气洁净，又能确保氧气充足。

三：新风系统静音技术成熟，FFU噪音过大不适合家用

通常使用FFU的人，对噪音的要求比较低，因为FFU的风量十分大，相应地也比较吵。对于追求安静和舒适性的业主来说，家用FFU就达不到他们的要求。而新风系统在确保高效净化的同时，将风量设置得更加合理，同时各种风道降噪技术都比较成熟，做工更加精致，因此静音效果十分突出，像蝶莱壁挂式新风机可以将噪音控制在最低20分贝。20分贝是什么概念，可以这么说，在日常不仔细聆听的情况下，声音基本可以忽略不计。

四：新风系统净化安全环保，而FFU容易产生异味。

因为做工与材料相对比较粗糙，FFU的异味一直为人诟病。异味主要来源于FFU的高效过滤器，FFU的高效过滤器的构成除了铝型材边框、护网、滤纸还要使用到密封胶、热隔胶、热熔胶等等材料，还有边框上会帖一圈密封垫，这些都是产生异味的原因。而新风系统采用的是高级HEPA滤网，安全无毒，没有任何味道，使用起来更加放心。

总结：

从配置、做工、选材、功能、声音、外观等诸多方面来看，新风系统显然比FFU更加精致和强大，也更适和家用，所以新风的价格自然地要比FFU昂贵一些。特别是随着舒适家居和品质生活的质量提升，人们对产品的要求不仅仅局限于某方面的性能，而追求更多的品味，新风系统满足了人们对于产品的理想诉求，所以在未来的趋势中，会更被大众所接受。

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