滅火機(jī)器人的技能：接近火源和滅火裝置

自動(dòng)滅火的機(jī)器人肯定要具備至少兩項(xiàng)技能： 一是發(fā)現(xiàn)并接近火源；二是靠近火源 后用滅火裝置把火源熄滅。

1.繼電器的作用

先來看看，如果機(jī)器人已經(jīng)找到火源了，應(yīng)該怎樣把它熄滅。說到熄滅蠟燭的裝 置，同學(xué)們D一個(gè)想到的方案是什么呢?是不是用風(fēng)去吹滅它呢?沒錯(cuò)，在滅火比賽中， Z容易被想到用來滅火的裝置就是小型電風(fēng)扇了，這是Z簡(jiǎn)單直接的滅火方案。它的結(jié) 構(gòu)非常簡(jiǎn)明，控制也很容易，只需要一個(gè)小小的直流電機(jī)加上一片扇葉就足夠了。滅火比 賽的規(guī)則要求滅火裝置只有在機(jī)器人發(fā)現(xiàn)并靠近火源的時(shí)候才可以被開啟。也就是說， 機(jī)器人的主控程序要在到達(dá)蠟燭近前的時(shí)候才可以控制直流電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，而在平時(shí)小 風(fēng)扇是不轉(zhuǎn)動(dòng)的。這個(gè)規(guī)定聽起來似乎就像用程序控制一個(gè)開關(guān)一樣簡(jiǎn)單。

也許同學(xué)們已經(jīng)聯(lián)想到了我們用主控板對(duì) LED 小燈模塊的控制。沒錯(cuò)，其實(shí)我們的 · 小機(jī)器人需要做的就只是一個(gè)開關(guān)動(dòng)作而已，和控制小燈并沒有什么本質(zhì)的區(qū)別。但是， 有一點(diǎn)決定了我們不能直接套用以前的老辦法到小風(fēng)扇上。這個(gè)原因就是：讓小風(fēng)扇的 直流電機(jī)(注意，這里所用的不是直流減速電機(jī)，因?yàn)檫@里希望風(fēng)扇能夠快速轉(zhuǎn)動(dòng)，但并不 需要有太大的力量)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于點(diǎn)亮一盞LED 小燈所需要的電流。而機(jī)器 人主控板的端口所能夠直接提供的電流就只有幾十毫安那么多。如果輸出的電流大于這個(gè) 數(shù)字，電機(jī)就難以有力地轉(zhuǎn)動(dòng)了，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)造成主控板端口燒毀的事故。既然如此， 我們就不能直接把小風(fēng)扇接到數(shù)字輸出端口上，然后用digitalWrite 函數(shù)控制它的轉(zhuǎn)動(dòng)了。

那么應(yīng)該怎么辦呢?不用擔(dān)心，有一個(gè)很 巧妙的辦法可以用來繞過大電流的問題。那 就是使用 一種叫作繼電器的電子元件，如 圖13-1所示，來完成用“弱電”控制“強(qiáng)電”的任 務(wù)。在我們這兒，主控板上的數(shù)字輸出端口上 的電流就是弱電，而驅(qū)動(dòng)小風(fēng)扇和直流電機(jī)的 就是強(qiáng)電。Z經(jīng)典的繼電器結(jié)構(gòu)就是靠弱電 驅(qū)動(dòng)一塊小電磁鐵來開合強(qiáng)電電路的。

當(dāng)我 們用 digitalWrite 函數(shù)控制繼電器的弱電端 時(shí)，電磁鐵就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，然后開關(guān)就會(huì)在磁 力的作用下吸合，之后強(qiáng)電端的電路就接通了。這樣只需要一點(diǎn)點(diǎn)的電流，就可以控制電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。圖13-1中就是我們所使用的繼電器模塊。

繼電器模塊有兩個(gè)接口，3根線那邊就是弱電端，直接接到主控板的數(shù)字輸出上。而 兩根線的那端則是強(qiáng)電端，可以用來連接直流小電機(jī)，連線如圖13-2所示。有了繼電器 的幫助，在程序員看來控制直流小電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)就和控制一個(gè)LED 小燈模塊的亮滅沒什么 不同了。

2.用“復(fù)眼”發(fā)現(xiàn)火源

機(jī)器人又是如何去發(fā)現(xiàn)火源的呢?同學(xué)們都知道，很多昆蟲都是有復(fù)眼的，這些復(fù)眼 可以幫助它們做到真正的眼觀六路。在我們的課程所用的機(jī)器人套件中也為大家提供了 一個(gè)“復(fù)眼”傳感器，如圖13-3所示。它就是小機(jī)器人專門用來尋找火源的工具。其實(shí)， “復(fù)眼”傳感器是由朝向5個(gè)不同方向的紅外線探頭組成的傳感器電路�；鹧嫠�發(fā)出的光 中紅外線是很主要的成分，因此，我們用程序讀取復(fù)眼的紅外線探頭的探測(cè)值，并且找到信號(hào)Z強(qiáng)的方向就可以得知蠟燭相對(duì)機(jī)器人的位置了。

顯然，復(fù)眼傳感器所返回的探測(cè)值應(yīng)該是一組5個(gè)模擬值。在使用時(shí)，需要把它連接 到5個(gè)模擬輸入端口上去，然后分別用analogRead 函數(shù)獲取它的讀數(shù)。在執(zhí)行滅火任務(wù) 時(shí)，主控程序每隔一小段時(shí)間，就要去挨個(gè)查看一遍這些模擬輸入端口上的數(shù)值，并且比 較判斷哪個(gè)方向是信號(hào)Z強(qiáng)的方向。而火源就應(yīng)該處在信號(hào)Z強(qiáng)的方向上。發(fā)現(xiàn)火源 后，機(jī)器人可以根據(jù)這方向信息生成電機(jī)控制指令，朝著火源前進(jìn)。而當(dāng)滅火裝置正前方 的紅外傳感器接收到的足夠強(qiáng)的信號(hào)時(shí)，說明我們已經(jīng)離火源很近了。這時(shí)還等什么? 讓機(jī)器人立刻全力開動(dòng)風(fēng)扇，把蠟燭熄滅吧!