滅火機器人的技能：接近火源和滅火裝置

自動滅火的機器人肯定要具備至少兩項技能： 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一個想到的方案是什么呢?是不是用風(fēng)去吹滅它呢?沒錯，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簡單直接的滅火方案。它的結(jié) 構(gòu)非常簡明，控制也很容易，只需要一個小小的直流電機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器人發(fā)現(xiàn)并靠近火源的時候才可以被開啟。也就是說， 機器人的主控程序要在到達(dá)蠟燭近前的時候才可以控制直流電機開始轉(zhuǎn)動，而在平時小 風(fēng)扇是不轉(zhuǎn)動的。這個規(guī)定聽起來似乎就像用程序控制一個開關(guān)一樣簡單。

也許同學(xué)們已經(jīng)聯(lián)想到了我們用主控板對 LED 小燈模塊的控制。沒錯，其實我們的 · 小機器人需要做的就只是一個開關(guān)動作而已，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。這個原因就是：讓小風(fēng)扇的 直流電機(注意，這里所用的不是直流減速電機，因為這里希望風(fēng)扇能夠快速轉(zhuǎn)動，但并不 需要有太大的力量)轉(zhuǎn)動所需的電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于點亮一盞LED 小燈所需要的電流。而機器 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 數(shù)字，電機就難以有力地轉(zhuǎn)動了，嚴(yán)重時還可能會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)動了。

那么應(yīng)該怎么辦呢?不用擔(dān)心，有一個很 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)動小風(fēng)扇和直流電機的 就是強電。Z經(jīng)典的繼電器結(jié)構(gòu)就是靠弱電 驅(qū)動一塊小電磁鐵來開合強電電路的。

當(dāng)我 們用 digitalWrite 函數(shù)控制繼電器的弱電端 時，電磁鐵就會產(chǎn)生磁場，然后開關(guān)就會在磁 力的作用下吸合，之后強電端的電路就接通了。這樣只需要一點點的電流，就可以控制電 機轉(zhuǎn)動起來。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電端，可以用來連接直流小電機，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的轉(zhuǎn)動就和控制一個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器人套件中也為大家提供了 一個“復(fù)眼”傳感器，如圖13-3所示。它就是小機器人專門用來尋找火源的工具。其實， “復(fù)眼”傳感器是由朝向5個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值，并且找到信號Z強的方向就可以得知蠟燭相對機器人的位置了。

顯然，復(fù)眼傳感器所返回的探測值應(yīng)該是一組5個模擬值。在使用時，需要把它連接 到5個模擬輸入端口上去，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，主控程序每隔一小段時間，就要去挨個查看一遍這些模擬輸入端口上的數(shù)值，并且比 較判斷哪個方向是信號Z強的方向。而火源就應(yīng)該處在信號Z強的方向上。發(fā)現(xiàn)火源 后，機器人可以根據(jù)這方向信息生成電機控制指令，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的信號時，說明我們已經(jīng)離火源很近了。這時還等什么? 讓機器人立刻全力開動風(fēng)扇，把蠟燭熄滅吧!