🔥 Fire-CANON

Auto Fire Suppression Robot

An automated fire detection and extinguishing system designed to respond quickly and efficiently

Topics: arduino fire robot opencv video-processing mist hexagon binary-hive

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📸 System Preview

자동 화재 진압 로봇 - 열화상 센서 & 물분무 시스템

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📋 목차

• 프로젝트 소개
• 시스템 아키텍처
• 주요 기능
• 하드웨어 구성
• 코드 분석
• 설치 방법
• 사용 방법
• 알고리즘 설명

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🎯 프로젝트 소개

Fire-CANON은 열화상 센서를 활용하여 화재를 자동으로 감지하고, 2축 팬-틸트 시스템으로 화재 지점을 정확히 조준한 후 물분무를 통해 진압하는 지능형 소방 로봇입니다.

💡 배경

문제점 초기 화재 대응 지연으로 인한 피해 확대

해결책 24시간 무인 감시 → 자동 화재 감지 → 즉각 진압

🌟 특징

• 🔥 실시간 화재 감지: AMG88xx 8×8 열화상 센서
• 🎯 정밀 조준: DYNAMIXEL 모터 기반 팬-틸트
• 💧 자동 진압: 워터 펌프 물분무 시스템
• 🧠 사분면 알고리즘: 빠른 화재 위치 탐색
• 🔄 연속 모니터링: 화재 진압 후 재감시

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🏗️ 시스템 아키텍처

전체 구조

AMG88xx 열화상 센서 (8x8 픽셀)
- 온도 범위: 0~80°C
- 시야각: 60°
- 화재 임계값: 28°C
         |
         | I2C 통신
         ↓
Arduino 메인 컨트롤러
1. 열화상 데이터 읽기 (64픽셀)
2. 화재 감지 (온도 임계값 비교)
3. 사분면 판단 (4구역)
4. 모터 제어 명령 생성
         |
    -----+-----
    |         |
    | TTL     | GPIO
    ↓         ↓
DYNAMIXEL   워터 펌프
- ID 6: 좌우   - Pin 12
- ID 0: 상하   - 2. 5초 분무
    |         |
    -----+-----
         ↓
2축 팬-틸트 메커니즘 + 노즐
- 수평 회전: ±180°
- 수직 회전: ±90°
- 화재 지점 정밀 조준

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✨ 주요 기능

1. 🔥 열화상 화재 감지

AMG88xx 센서 (8×8 = 64픽셀)

// 열화상 데이터 읽기
float pixels[64];
amg. readPixels(pixels);

// 화재 감지 (28°C 이상)
int temp = 28;
for (int i = 0; i < 64; i++) {
    if (pixels[i] >= temp) {
        // 화재 감지! 
        detectFire(i);
    }
}

센서 레이아웃 (8×8 픽셀):

픽셀 인덱스: 
 0  1  2  3  4  5  6  7
 8  9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30 31
32 33 34 35 36 37 38 39
40 41 42 43 44 45 46 47
48 49 50 51 52 53 54 55
56 57 58 59 60 61 62 63

화재 감지 예시:

• Pixel[25] = 35°C → 화재! (2사분면)
• Pixel[50] = 22°C → 정상
• Pixel[42] = 30°C → 화재! (3사분면)

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2. 🎯 사분면 기반 위치 판단

4개 구역으로 분할:

8x8 센서를 4개 사분면으로 분할

좌측 상단 (2사분면)    우측 상단 (1사분면)
0-3, 8-11            4-7, 12-15
16-19, 24-27         20-23, 28-31

좌측 하단 (3사분면)    우측 하단 (4사분면)
32-35, 40-43         36-39, 44-47
48-51, 56-59         52-55, 60-63

사분면별 동작:

// 2사분면 (좌상) - 왼쪽으로 이동 & 위로 조준
if (i >= 0 && i <= 3 || i >= 8 && i <= 11 || 
    i >= 16 && i <= 19 || i >= 24 && i <= 27) {
    moveLeft();   // 좌회전
    moveUp();     // 상향
    fireMist();   // 물분무
}

// 1사분면 (우상) - 오른쪽으로 이동 & 위로 조준
if (i >= 4 && i <= 7 || i >= 12 && i <= 15 || 
    i >= 20 && i <= 23 || i >= 28 && i <= 31) {
    moveRight();  // 우회전
    moveUp();     // 상향
    fireMist();
}

// 3사분면 (좌하) - 왼쪽으로 이동 & 아래로 조준
if (i >= 32 && i <= 35 || i >= 40 && i <= 43 || 
    i >= 48 && i <= 51 || i >= 56 && i <= 59) {
    moveLeft();
    moveDown();   // 하향
    fireMist();
}

// 4사분면 (우하) - 오른쪽으로 이동 & 아래로 조준
if (i >= 36 && i <= 39 || i >= 44 && i <= 47 || 
    i >= 52 && i <= 55 || i >= 60 && i <= 63) {
    moveRight();
    moveDown();
    fireMist();
}

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3. 🎮 DYNAMIXEL 모터 제어

2축 팬-틸트 시스템:

// 모터 ID 정의
const uint8_t DXL_ID_LR = 6;  // 좌우 (Left-Right)
const uint8_t DXL_ID_UD = 0;  // 상하 (Up-Down)

// 좌회전 (10% 속도)
dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_LR, 10.0, UNIT_PERCENT);

// 우회전 (90% 속도)
dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_LR, -90.0, UNIT_PERCENT);

// 상향 (45% 속도)
dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_UD, -45.0, UNIT_PERCENT);

// 하향 (40% 속도)
dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_UD, 40.0, UNIT_PERCENT);

// 정지
dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_LR, 0);
dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_UD, 0);

중심선 정렬:

// 좌우 중심선 (세로 중앙)
int centerLR[] = {4, 12, 20, 28, 36, 44, 52, 60};

// 상하 중심선 (가로 중앙)
int centerUD[] = {32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39};

// 중심선 도달 시 정지
if (pixels[centerLR[i]] >= temp) {
    dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_LR, 0);
    break;
}

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4. 💧 워터 펌프 제어

물분무 시스템:

// 워터 펌프 핀 (Pin 12)
pinMode(12, OUTPUT);
digitalWrite(12, LOW);  // 초기 OFF

// 화재 진압
void fireMist() {
    Serial.println("fire check");
    
    // 펌프 ON (2.5초 분무)
    digitalWrite(12, HIGH);
    delay(2500);
    
    // 펌프 OFF
    digitalWrite(12, LOW);
    delay(1000);  // 대기
}

분무 시퀀스:

1. 화재 감지
2. 화재 지점 조준 (팬-틸트 이동)
3. 중심선 정렬 확인
4. 워터 펌프 ON (2.5초)
5. 워터 펌프 OFF
6. 재감시 모드

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🛠️ 하드웨어 구성

BOM (Bill of Materials)

부품	수량	용도	가격 (KRW)
Arduino Mega	1	메인 컨트롤러	15,000
AMG88xx	1	열화상 센서	25,000
DYNAMIXEL AX-12A	2	팬-틸트 모터	60,000
DYNAMIXEL Shield	1	모터 드라이버	30,000
워터 펌프	1	물분무 시스템	10,000
릴레이 모듈	1	펌프 제어	2,000
노즐	1	분무 헤드	5,000
물탱크	1	물 저장	8,000
전원 공급	1	12V 어댑터	15,000
프레임	1	로봇 구조체	20,000
총합			190,000

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🔌 핀 연결도

Arduino Mega 연결:

Arduino Mega
├── I2C (SDA/SCL) → AMG88xx 열화상 센서
├── Serial3 (TX/RX) → DYNAMIXEL Shield
├── Digital Pin 12 → 릴레이 모듈 → 워터 펌프
├── 5V → 센서 전원
└── GND → 공통 접지

DYNAMIXEL Shield
├── TTL Port → DYNAMIXEL ID 6 (좌우 모터)
├── TTL Port → DYNAMIXEL ID 0 (상하 모터)
└── 12V Power → 외부 전원

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🏗️ 회로도

시스템 연결:

Arduino Mega
    |
    +-- I2C --> AMG88xx (SDA, SCL)
    |
    +-- Serial3 --> DYNAMIXEL Shield
    |
    +-- D12 --> Relay --> Water Pump
    |
    +-- 5V --> Sensor VCC
    |
    +-- GND --> Common GND

DYNAMIXEL Shield
    |
    +-- TTL1 --> Motor ID 6 (LR)
    |
    +-- TTL2 --> Motor ID 0 (UD)
    |
    +-- 12V --> External Power

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💻 코드 분석

1. Setup (초기화)

void setup() {
    // 1. 워터 펌프 핀 설정
    pinMode(12, OUTPUT);
    digitalWrite(12, LOW);
    
    // 2. 시리얼 통신 시작
    Serial.begin(9600);
    
    // 3. AMG88xx 센서 초기화
    if (!amg.begin()) {
        Serial.println("센서 연결 실패!");
        while (1);  // 무한 루프 (에러)
    }
    
    // 4. DYNAMIXEL 초기화
    dxl. begin(9600);
    dxl.setPortProtocolVersion(1. 0);
    
    // 5. 모터 핑 테스트
    dxl. ping(DXL_ID_LR);
    dxl.ping(DXL_ID_UD);
    
    // 6. 모터 모드 설정 (속도 제어 모드)
    dxl.torqueOff(DXL_ID_LR);
    dxl.setOperatingMode(DXL_ID_LR, OP_VELOCITY);
    dxl.torqueOn(DXL_ID_LR);
    
    dxl.torqueOff(DXL_ID_UD);
    dxl.setOperatingMode(DXL_ID_UD, OP_VELOCITY);
    dxl.torqueOn(DXL_ID_UD);
}

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2. Loop (메인 루프)

void loop() {
    // 1. 열화상 데이터 읽기
    int temp = 28;  // 화재 임계값
    float pixels[64];
    amg.readPixels(pixels);
    
    // 2. 64개 픽셀 순회
    for (int i = 0; i < 64; i++) {
        // 3. 화재 감지
        if (pixels[i] >= temp) {
            // 4. 사분면 판단 & 대응
            if (/* 2사분면 */) {
                moveLeftAndUp();
                fireMist();
            } 
            else if (/* 1사분면 */) {
                moveRightAndUp();
                fireMist();
            }
            else if (/* 3사분면 */) {
                moveLeftAndDown();
                fireMist();
            }
            else if (/* 4사분면 */) {
                moveRightAndDown();
                fireMist();
            }
        }
    }
}

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3. 화재 진압 알고리즘

2사분면 예시 (좌상):

// Step 1: 좌우 중심선 정렬
while (true) {
    amg.readPixels(pixels);
    
    // 중심선 도달 체크
    if (pixels[4] >= temp || pixels[12] >= temp || 
        pixels[20] >= temp || pixels[28] >= temp || 
        pixels[36] >= temp || pixels[44] >= temp || 
        pixels[52] >= temp || pixels[60] >= temp) {
        dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_LR, 0);  // 정지
        break;
    }
    
    // 왼쪽으로 이동 (10% 속도)
    dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_LR, 10.0, UNIT_PERCENT);
}

delay(1000);  // 안정화

// Step 2: 상하 중심선 정렬
while (true) {
    amg.readPixels(pixels);
    
    // 중심선 도달 체크
    if (pixels[32] >= temp || pixels[33] >= temp || 
        pixels[34] >= temp || pixels[35] >= temp || 
        pixels[36] >= temp || pixels[37] >= temp || 
        pixels[38] >= temp || pixels[39] >= temp) {
        dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_UD, 0);  // 정지
        break;
    }
    
    // 위로 이동 (45% 속도)
    dxl.setGoalVelocity(DXL_ID_UD, -45.0, UNIT_PERCENT);
}

// Step 3: 물분무
Serial.println("fire check");
digitalWrite(12, HIGH);  // 펌프 ON
delay(2500);             // 2.5초 분무
digitalWrite(12, LOW);   // 펌프 OFF
delay(1000);             // 대기

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📦 설치 방법

1. Arduino IDE 설치

# Arduino IDE 다운로드
https://www.arduino.cc/en/software

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2. 라이브러리 설치

필수 라이브러리:

1. Dynamixel2Arduino

   스케치 → 라이브러리 포함하기 → 라이브러리 관리
   검색:  "Dynamixel2Arduino"
   설치
   

2. Adafruit AMG88xx

   검색: "Adafruit AMG88xx"
   설치 (+ Adafruit GFX, Adafruit BusIO 자동 설치)
   

3. Wire (내장)

   I2C 통신 라이브러리 (별도 설치 불필요)
   

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3. 코드 업로드

# 1. 저장소 클론
git clone https://github.com/Deamonio/Fire-CANON.git
cd Fire-CANON

# 2. Arduino IDE에서 main/canon_pj.ino 열기

# 3. 보드 설정
도구 → 보드 → Arduino Mega 2560

# 4. 포트 선택
도구 → 포트 → COM3 (Windows) / /dev/ttyUSB0 (Linux)

# 5. 업로드
스케치 → 업로드 (Ctrl+U)

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4. 하드웨어 연결

순서:

1. AMG88xx 센서

   • VCC → 5V
   • GND → GND
   • SDA → SDA (Arduino Mega Pin 20)
   • SCL → SCL (Arduino Mega Pin 21)

2. DYNAMIXEL Shield

   • Arduino Mega 위에 장착
   • 모터 ID 6, 0 연결
   • 12V 전원 연결

3. 워터 펌프

   • 릴레이 IN → Pin 12
   • 릴레이 VCC → 5V
   • 릴레이 GND → GND
   • 펌프 → 릴레이 NO (상시개방)

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🚀 사용 방법

1️⃣ 시스템 시작

# 1. 물탱크 물 채우기
# 2. 전원 연결 (12V 어댑터)
# 3. Arduino 전원 ON

시작 시퀀스:

1. AMG88xx 센서 초기화
2. DYNAMIXEL 모터 Ping 테스트
3. 모터 속도 제어 모드 설정
4. 화재 감시 시작

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2️⃣ 화재 시뮬레이션

테스트 방법:

# 1. 라이터/히터 준비
# 2. 센서 시야각 (60°) 내에 열원 배치
# 3. 로봇이 자동으로 감지 & 조준
# 4. 물분무 작동 확인

시리얼 모니터 출력:

Arduino IDE → 도구 → 시리얼 모니터 (9600 baud)

출력 예시:
25. 1, 24.8, 26.3, 28.5, ...  (열화상 데이터)
mode UD
fire check

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3️⃣ 사분면별 테스트

각 구역 테스트:

좌측 상단 (2사분면)   우측 상단 (1사분면)
좌+상                우+상

좌측 하단 (3사분면)   우측 하단 (4사분면)
좌+하                우+하

1.  2사분면:  왼쪽 위에 열원 → 좌회전 & 상향
2. 1사분면: 오른쪽 위에 열원 → 우회전 & 상향
3. 3사분면: 왼쪽 아래에 열원 → 좌회전 & 하향
4. 4사분면: 오른쪽 아래에 열원 → 우회전 & 하향

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🧮 알고리즘 설명

1. 화재 감지 알고리즘

단계:

1. 열화상 센서 읽기 (64픽셀)
   ↓
2. 각 픽셀 온도 체크
   ↓
3. 임계값(28°C) 이상 → 화재! 
   ↓
4. 픽셀 인덱스로 사분면 판단
   ↓
5. 해당 사분면 대응 알고리즘 실행

의사 코드:

FOR each pixel in 64:
    IF pixel_temp >= 28°C:
        quadrant = getQuadrant(pixel_index)
        
        IF quadrant == 2:    // 좌상
            moveLeft()
            moveUp()
            fireMist()
        
        ELSE IF quadrant == 1:  // 우상
            moveRight()
            moveUp()
            fireMist()
        
        ELSE IF quadrant == 3:  // 좌하
            moveLeft()
            moveDown()
            fireMist()
        
        ELSE IF quadrant == 4:  // 우하
            moveRight()
            moveDown()
            fireMist()

---

2. 중심선 정렬 알고리즘

좌우 정렬 (Left-Right):

세로 중심선 (Column 4)
 0  1  2  3 [4] 5  6  7
 8  9 10 11[12]13 14 15
16 17 18 19[20]21 22 23
24 25 26 27[28]29 30 31
32 33 34 35[36]37 38 39
40 41 42 43[44]45 46 47
48 49 50 51[52]53 54 55
56 57 58 59[60]61 62 63

WHILE not aligned:
    IF centerLine[i] >= 28°C:
        STOP
        break
    ELSE:
        MOVE(direction)

상하 정렬 (Up-Down):

가로 중심선 (Row 4)
 0  1  2  3  4  5  6  7
 8  9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30 31
----중심선----
32 33 34 35 36 37 38 39
----중심선----
40 41 42 43 44 45 46 47
48 49 50 51 52 53 54 55
56 57 58 59 60 61 62 63

---

3. 속도 제어 전략

모터 속도 설정:

동작	모터	속도	이유
좌회전	LR	10%	정밀 제어
우회전	LR	90%	빠른 이동
상향	UD	45%	중간 속도
하향	UD	40%	안정적

속도 차이 이유:

• 좌회전 (10%): 화재가 왼쪽에 있을 때 천천히 조준
• 우회전 (90%): 화재가 오른쪽에 있을 때 빠르게 이동
• 상향 (45%): 위쪽 화재는 중간 속도로 접근
• 하향 (40%): 아래쪽 화재는 안정적으로 조준

---

🔧 문제 해결

1. AMG88xx 센서 인식 실패

증상:

Could not find a valid AMG88xx sensor, check wiring! 

해결:

# 1. I2C 주소 확인
도구 → I2C Scanner 실행
# AMG88xx 주소: 0x69

# 2. 배선 확인
SDA → Pin 20 (Arduino Mega)
SCL → Pin 21 (Arduino Mega)
VCC → 5V
GND → GND

# 3. 센서 전원 재연결
5V 핀 뽑았다가 다시 꽂기

---

2. DYNAMIXEL 모터 응답 없음

증상:

Ping failed for ID 6 or ID 0

해결:

# 1. 보드 레이트 확인
# DYNAMIXEL 기본:  9600 (코드와 일치해야 함)

# 2.  DYNAMIXEL Wizard 사용
# ID 확인: 6, 0
# Baud Rate 확인: 9600

# 3. 전원 확인
12V 어댑터 연결 확인
DYNAMIXEL Shield 전원 LED 확인

---

3. 워터 펌프 작동 안 함

증상:

화재 감지했지만 물분무 없음

해결:

# 1. 릴레이 연결 확인
IN → Pin 12
COM → 펌프 +
NO → 전원 +

# 2. 릴레이 LED 확인
Pin 12 HIGH 시 LED 켜짐? 

# 3. 펌프 전원 확인
별도 12V 전원 필요

---

4. 화재 오감지

증상:

화재 없는데 자꾸 감지됨

해결:

// 임계값 조정 (28°C → 35°C)
int temp = 35;  // 더 높은 온도로 설정

// 또는 연속 감지 조건 추가
int fireCount = 0;
for (int i = 0; i < 64; i++) {
    if (pixels[i] >= temp) {
        fireCount++;
    }
}
if (fireCount >= 5) {  // 5개 이상 픽셀이 뜨거우면
    // 화재 판정
}

---

📊 성능 지표

시스템 성능

항목	성능
화재 감지 시간	약 1초
조준 시간	2-5초
물분무 시간	2. 5초
총 대응 시간	5-10초
감지 범위	60도
감지 거리	약 7m
온도 정확도	±2. 5°C

---

🎯 활용 사례

1. 실내 화재 예방

주택/사무실 천장 설치
→ 24시간 모니터링
→ 초기 화재 자동 진압

2. 산업 현장

공장 위험 구역 배치
→ 화학 물질 화재 대응
→ 인명 피해 최소화

3. 교육/연구

로봇 공학 교육 자료
→ 센서 융합 학습
→ 자율 시스템 연구

---

🚀 향후 개선 사항

• AI 객체 인식 (OpenCV)
• 다중 화재 동시 대응
• 연기 감지 센서 추가
• 자율 주행 기능 (화재 추적)
• IoT 연동 (화재 알림 앱)
• 소화제 자동 교체 시스템

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🤝 기여하기

기여는 언제나 환영합니다! 🔥

기여 방법

1. Fork 이 저장소
2. Feature 브랜치 생성: git checkout -b feature/AmazingFeature
3. 변경사항 커밋: git commit -m 'Add some AmazingFeature'
4. 브랜치에 Push: git push origin feature/AmazingFeature
5. Pull Request 생성

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📜 라이선스

이 프로젝트는 MIT License 하에 배포됩니다.

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📞 연락처

프로젝트 관리자: Deamonio

프로젝트 링크: https://github.com/Deamonio/Fire-CANON

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🙏 감사의 말

Arduino	DYNAMIXEL	AMG88xx	Adafruit
플랫폼	모터 시스템	열화상 센서	라이브러리

특별 감사:

• 🔥 소방 안전 전문가 - 시스템 설계 자문
• 🤖 ROBOTIS - DYNAMIXEL 기술 지원
• 📚 Arduino Community - 풍부한 예제
• 🛠️ Adafruit - 센서 라이브러리

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Made with 🔥 by Deamonio

"Protecting lives with intelligent fire suppression"

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