灭火机器人的技能：接近火源和灭火装置

自动灭火的机器人肯定要具备至少两项技能： 一是发现并接近火源；二是靠近火源 后用灭火装置把火源熄灭。

1.继电器的作用

先来看看，如果机器人已经找到火源了，应该怎样把它熄灭。说到熄灭蜡烛的装 置，同学们D一个想到的方案是什么呢?是不是用风去吹灭它呢?没错，在灭火比赛中， Z容易被想到用来灭火的装置就是小型电风扇了，这是Z简单直接的灭火方案。它的结 构非常简明，控制也很容易，只需要一个小小的直流电机加上一片扇叶就足够了。灭火比 赛的规则要求灭火装置只有在机器人发现并靠近火源的时候才可以被开启。也就是说， 机器人的主控程序要在到达蜡烛近前的时候才可以控制直流电机开始转动，而在平时小 风扇是不转动的。这个规定听起来似乎就像用程序控制一个开关一样简单。

也许同学们已经联想到了我们用主控板对 LED 小灯模块的控制。没错，其实我们的 · 小机器人需要做的就只是一个开关动作而已，和控制小灯并没有什么本质的区别。但是， 有一点决定了我们不能直接套用以前的老办法到小风扇上。这个原因就是：让小风扇的 直流电机(注意，这里所用的不是直流减速电机，因为这里希望风扇能够快速转动，但并不 需要有太大的力量)转动所需的电流要远远大于点亮一盏LED 小灯所需要的电流。而机器 人主控板的端口所能够直接提供的电流就只有几十毫安那么多。如果输出的电流大于这个 数字，电机就难以有力地转动了，严重时还可能会造成主控板端口烧毁的事故。既然如此， 我们就不能直接把小风扇接到数字输出端口上，然后用digitalWrite 函数控制它的转动了。

那么应该怎么办呢?不用担心，有一个很 巧妙的办法可以用来绕过大电流的问题。那 就是使用 一种叫作继电器的电子元件，如 图13-1所示，来完成用“弱电”控制“强电”的任 务。在我们这儿，主控板上的数字输出端口上 的电流就是弱电，而驱动小风扇和直流电机的 就是强电。Z经典的继电器结构就是靠弱电 驱动一块小电磁铁来开合强电电路的。

当我 们用 digitalWrite 函数控制继电器的弱电端 时，电磁铁就会产生磁场，然后开关就会在磁 力的作用下吸合，之后强电端的电路就接通了。这样只需要一点点的电流，就可以控制电 机转动起来。图13-1中就是我们所使用的继电器模块。

继电器模块有两个接口，3根线那边就是弱电端，直接接到主控板的数字输出上。而 两根线的那端则是强电端，可以用来连接直流小电机，连线如图13-2所示。有了继电器 的帮助，在程序员看来控制直流小电机的转动就和控制一个LED 小灯模块的亮灭没什么 不同了。

2.用“复眼”发现火源

机器人又是如何去发现火源的呢?同学们都知道，很多昆虫都是有复眼的，这些复眼 可以帮助它们做到真正的眼观六路。在我们的课程所用的机器人套件中也为大家提供了 一个“复眼”传感器，如图13-3所示。它就是小机器人专门用来寻找火源的工具。其实， “复眼”传感器是由朝向5个不同方向的红外线探头组成的传感器电路。火焰所发出的光 中红外线是很主要的成分，因此，我们用程序读取复眼的红外线探头的探测值，并且找到信号Z强的方向就可以得知蜡烛相对机器人的位置了。

显然，复眼传感器所返回的探测值应该是一组5个模拟值。在使用时，需要把它连接 到5个模拟输入端口上去，然后分别用analogRead 函数获取它的读数。在执行灭火任务 时，主控程序每隔一小段时间，就要去挨个查看一遍这些模拟输入端口上的数值，并且比 较判断哪个方向是信号Z强的方向。而火源就应该处在信号Z强的方向上。发现火源 后，机器人可以根据这方向信息生成电机控制指令，朝着火源前进。而当灭火装置正前方 的红外传感器接收到的足够强的信号时，说明我们已经离火源很近了。这时还等什么? 让机器人立刻全力开动风扇，把蜡烛熄灭吧!