基于wifi的多功能智能探測車的制作方法
【專利摘要】基于WIFI的多功能智能探測車，車體包括車座上底板、車座下底板、車輪及支柱，所述車輪安裝在車座下底板下方，所述支柱安裝在車座上底板與車座下底板之間，所述車座下底板上設(shè)置有驅(qū)動模塊、電源模塊、主控制器模塊、傳感器檢測系統(tǒng)、車載無線信息傳輸模塊中的無線路由器；所述車座上底板上設(shè)置有LCD顯示系統(tǒng)、照明工作燈及車載無線信息傳輸模塊中的攝像頭和云臺；所述溫濕度傳感器、可燃性氣體濃度傳感器分別安裝在車座下底板后端兩側(cè)，所述紅外測距傳感器安裝在車體正前端。本發(fā)明將WIFI技術(shù)應(yīng)用在坑道探測、救援、搜捕等特殊環(huán)境中，替代人工實施探測、救援、搜捕，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】基于WIFI的多功能智能探測車
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及坑道探測、救援、搜捕【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于WIFI的多功能智能探測車。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個地震、泥石流等自然災(zāi)害與地下生產(chǎn)安全事故頻發(fā)的國家，由于自然條件或事故現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致在坑道探測、救援、搜捕等有害與危險環(huán)境中，不能及時得到坑道的實時圖像、環(huán)境溫濕度、可燃性氣體濃度等多項參數(shù)，進(jìn)而影響后續(xù)救援步驟的實施，甚至是延誤最佳黃金救援時間。目前針對地震、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生后，通常的做法是救援人員隨身攜帶生命探測儀對坑道及事故現(xiàn)場進(jìn)行探測，以確定救援對象的具體位置再向上級報告，這種探測方式只是針對生命體征進(jìn)行探測，而無法實時拍攝到事故現(xiàn)場的圖像、環(huán)境溫濕度、可燃性氣體濃度等多項參數(shù)，同時對進(jìn)入坑道的救援人員開展探測、救援、搜捕等工作也存在重大安全隱患；特別是在地下發(fā)生生產(chǎn)安全事故后，地面救援人員急需知道地下事故現(xiàn)場的溫濕度、可燃性氣體濃度等參數(shù)以便采取相應(yīng)救援措施，此時即便是地下事故現(xiàn)場安裝有監(jiān)控設(shè)備，也有可能隨著事故的發(fā)生而停止工作，或因事故的發(fā)生導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的適時性、準(zhǔn)確性和可靠性不高。
[0003]WIFI (wireless fidelity)簡稱無線保真,其主要特點是傳輸速率高、可靠性高、建網(wǎng)快速便捷、可移動性好、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)彈性化、組網(wǎng)靈活、組網(wǎng)價格較低廉，如今WIFI已經(jīng)廣泛應(yīng)用在筆記本電腦、手機(jī)掌上電腦、數(shù)碼相機(jī)等移動終端上，其電波覆蓋范圈可達(dá)100m;基于WIFI不需要網(wǎng)線即可聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，且組網(wǎng)方便、易于擴(kuò)展以及高速傳輸?shù)膬?yōu)點，如何將WIFI技術(shù)應(yīng)用在坑道探測、救援、搜捕等特殊環(huán)境中，已經(jīng)本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于WIFI的多功能智能探測車，以解決上述【背景技術(shù)】中的缺點。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
基于WIFI的多功能智能探測車，包括車體、驅(qū)動模塊、電源模塊、主控制器模塊、傳感器檢測系統(tǒng)、車載無線信息傳輸模塊、LCD顯示系統(tǒng)及照明工作燈；其中，所述車體包括車座上底板、車座下底板、車輪及支柱，所述車輪安裝在車座下底板下方，所述支柱安裝在車座上底板與車座下底板之間，所述車座下底板上設(shè)置有驅(qū)動模塊、電源模塊、主控制器模塊、傳感器檢測系統(tǒng)、車載無線信息傳輸模塊中的無線路由器；所述車座上底板上設(shè)置有LCD顯示系統(tǒng)、照明工作燈及車載無線信息傳輸模塊中的攝像頭和云臺；所述傳感器檢測系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、可燃性氣體濃度傳感器及紅外測距傳感器，所述溫濕度傳感器、可燃性氣體濃度傳感器分別安裝在車座下底板后端兩側(cè)，所述紅外測距傳感器安裝在車座上底板正前端。[0006]在本發(fā)明中，所述車輪上安裝有直流驅(qū)動電機(jī)。
[0007]在本發(fā)明中，所述車體上還安裝有可充電鋰電池組。
[0008]在本發(fā)明中，所述驅(qū)動模塊由伺服電機(jī)驅(qū)動電路、直流電機(jī)驅(qū)動電路及照明工作燈驅(qū)動電路構(gòu)成，所述伺服電機(jī)本身具備驅(qū)動電路，在工作過程中通過單片機(jī)提供PWM驅(qū)動信號，由于單片機(jī)PWM輸出周期在一定范圍內(nèi)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向與PWM的占空比成正比，因此，可通過單片機(jī)設(shè)置PWM的占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度；所述直流電機(jī)驅(qū)動模塊包括內(nèi)含兩個H橋的高電壓、大電流全橋式電機(jī)驅(qū)動芯片，通過光電隔離、濾波器、整流保護(hù)電路輸出進(jìn)而驅(qū)動直流電機(jī)；同時為減少控制量，增加探測車運行的靈活性，采用二路驅(qū)動電路驅(qū)動四路直流電機(jī)，將車體同側(cè)的二路直流電機(jī)以并聯(lián)方式相連，由一路直流電機(jī)驅(qū)動。
[0009]在本發(fā)明中，所述照明工作燈采用恒流驅(qū)動芯片驅(qū)動的大功率LED燈。
[0010]在本發(fā)明中，所述電源模塊包括直流電機(jī)工作電源、伺服電機(jī)工作電源及集成電路電源；所述直流電機(jī)工作電源為12?15V可充電鋰電池直接提供；所述伺服電機(jī)工作電源由可充電鋰電池電源，經(jīng)穩(wěn)壓管、高低頻濾波器濾波后輸出至伺服電機(jī)；所述集成電路電源由可充電鋰電池電源經(jīng)濾波、穩(wěn)壓管、續(xù)流、電感儲能及濾波后輸出，提供至驅(qū)動模塊、電源模塊、主控制器模塊、傳感器檢測系統(tǒng)、車載無線信息傳輸模塊、LCD顯示系統(tǒng)及照明工作燈中各功能模塊所用集成芯片或電路。
[0011]在本發(fā)明中，所述車載無線信息傳輸模塊由攝像頭、無線路由器和云臺構(gòu)成，其中，無線路由器內(nèi)置WIFI模塊，攝像頭安裝在云臺上，云臺由兩路伺服電機(jī)組成，攝像頭由云臺上的伺服電機(jī)帶動實現(xiàn)水平方向旋轉(zhuǎn)和垂直方向俯仰運動，無線路由器與攝像頭通過USB通信，并通過UART串口與主控制器模塊通信。
[0012]在本發(fā)明中，所述可燃性氣體濃度傳感器輸出的模擬信號經(jīng)濾波后直接輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；紅外測距傳感器為集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。
[0013]在本發(fā)明中，所述主控制器模塊包括單片機(jī)與外圍輔助電路，所述單片機(jī)提供驅(qū)動伺服電機(jī)工作所需的PWM信號，傳感器檢測系統(tǒng)采集環(huán)境參數(shù)并傳輸至單片機(jī)進(jìn)行計算與處理，IXD顯示系統(tǒng)實時顯示采集環(huán)境參數(shù)信息，并將環(huán)境參數(shù)信息傳送到手機(jī)終端顯示；同時，單片機(jī)驅(qū)動車體正前端的紅外測距傳感器實時檢測障礙物，當(dāng)小于設(shè)定安全距離時自動停車避障。
[0014]在本發(fā)明中，所述LCD顯示系統(tǒng)包括大屏幕漢化彩色液晶顯示屏、狀態(tài)指示燈、鍵盤與存儲器；通過操作鍵盤對存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，以實現(xiàn)對當(dāng)前和歷史參數(shù)的查看，有利于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和對比；同時通過可鍵盤實現(xiàn)對參數(shù)閾值進(jìn)行自定義設(shè)置。
[0015]在本發(fā)明中，可通過手機(jī)終端自帶WIFI實現(xiàn)對智能探測車車體運行狀態(tài)的控制，并將車體運行狀態(tài)實時顯示在手機(jī)終端，搭建數(shù)據(jù)傳輸平臺便捷，可擴(kuò)展性好，有利于擴(kuò)展手機(jī)終端成為智能探測車的遠(yuǎn)程控制平臺，智能探測車替代人工進(jìn)入坑道實施探測、救援、搜捕等危險場合，有效防止二次傷害的發(fā)生。
[0016]有益效果:本發(fā)明將WIFI技術(shù)應(yīng)用在坑道探測、救援、搜捕等特殊環(huán)境中，以替代救援人員進(jìn)入坑道實施探測、救援、搜捕，有效消除存在的安全隱患，同時也提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的適時性、準(zhǔn)確性和可靠性，獲取清晰、流暢的實時視頻信息，有利于擴(kuò)展手機(jī)終端成為智能探測車的遠(yuǎn)程控制平臺，為災(zāi)后救援提供保障，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例的車座上底板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實施例的車座下底板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實施例中電源模塊電路圖。
[0021]圖5為本發(fā)明實施例中主控制器模塊電路圖。
[0022]圖6為本發(fā)明實施例中直流電機(jī)驅(qū)動電路圖。
[0023]圖7為本發(fā)明實施例中大功率LED燈電路圖。
【具體實施方式】
[0024]下面通過以下具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]參見圖廣圖3的基于WIFI的多功能智能探測車，包括車座上底板la、車座下底板lb、可充電鋰電池2、主控制器模塊3、驅(qū)動模塊4、可燃性氣體濃度傳感器5、無線路由器6、溫濕度傳感器7、支柱8、電源模塊9、車輪10、直流驅(qū)動電機(jī)11、攝像頭12、云臺13、伺服電機(jī)14、IXD顯示系統(tǒng)15、紅外測距傳感器16、大功率LED燈17。
[0026]在本實施例中，車體包括車座上底板la、車座下底板lb、車輪10及支柱8，車輪10安裝在車座下底板Ib下方兩側(cè)，車輪10上安裝有直流驅(qū)動電機(jī)11，支柱8安裝在車座上底板Ia與車座下底板Ib之間，車座下底板Ib上設(shè)置有驅(qū)動模塊4、可充電鋰電池2、電源模塊9、主控制器模塊3、車載無線信息傳輸模塊中的無線路由器6 ;車座上底板Ia上設(shè)置有IXD顯示系統(tǒng)15、大功率LED燈17及車載無線信息傳輸模塊中的攝像頭12和云臺13 ；云臺13由兩路伺服電機(jī)14組成，溫濕度傳感器7、可燃性氣體濃度傳感器5分別安裝在車座下底板Ib后端兩側(cè)，紅外測距傳感器16安裝在車座上底板Ia正前端。
[0027]在本實施例中，單片機(jī)I/O接口中，Pl.0、Pl.1接線端子與P2.2、P2.3接線端子用于控制直流電機(jī)模塊的工作狀態(tài)，P2.0接線端子用于控制照明工作燈的工作狀態(tài)；P1.7接線端子與可燃性氣體濃度傳感器通信，Pl.6接線端子與溫濕度傳感器通信，P3.4接線端子與紅外測距傳感器通信，上述三種通信方式均為單總線；IXD顯示系統(tǒng)中，單片機(jī)P2.1接線端子與RST連接，P2.4-P2.7分別與液晶模塊的CE、DC、DIN、CLK連接。為實現(xiàn)高速、低功耗、強(qiáng)抗干擾，選用內(nèi)置E2PROM和A/D轉(zhuǎn)換器的STC12C5608AD系列單片機(jī)；單片機(jī)一方面通過串口控制傳感器檢測系統(tǒng)對環(huán)境溫濕度、可燃性氣體濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集、處理與運算，并實時顯示在大屏幕漢化彩色液晶顯示屏上，環(huán)境參數(shù)存儲在單片機(jī)內(nèi)置的E2PROM內(nèi)，以便后續(xù)進(jìn)行分析。
[0028]在本實施例中，通過手機(jī)終端自帶WIFI以實現(xiàn)對智能探測車車體運行狀態(tài)的控制，并將車體運行狀態(tài)實時顯示在手機(jī)終端，搭建數(shù)據(jù)傳輸平臺便捷，可擴(kuò)展性好，有利于擴(kuò)展手機(jī)終端成為智能探測車的遠(yuǎn)程控制平臺，在手機(jī)終端上設(shè)置有UI (User Interface)操作界面:左上角為顯示溫濕度、可燃性氣體濃度的文本數(shù)據(jù)顯示區(qū)，左下角為控制車體運行和大功率LED燈開關(guān)區(qū)，右下角為控制伺服電機(jī)運行從而帶動攝像頭上下左右的運行區(qū)及復(fù)位區(qū)；手機(jī)終端通過WIFI與智能探測車上的無線路由器通信，攝像頭安裝在云臺上，攝像頭通過USB接口與無線路由器通信，攝像頭在伺服電機(jī)帶動下實現(xiàn)水平方向左右和垂直方向上下O?180°C旋轉(zhuǎn)，同時可遠(yuǎn)距離打開或關(guān)閉；無線路由器一方面將攝像頭所拍攝的視頻信號及由溫濕度、可燃性氣體濃度傳感器所組成的環(huán)境參數(shù)檢測系統(tǒng)檢測的環(huán)境參數(shù)通過Socket網(wǎng)絡(luò)通信接口以圖像和文本的形式傳輸至手機(jī)終端；另一方面將手機(jī)終端上通過WIFI發(fā)回的操作信息，通過UART串口轉(zhuǎn)發(fā)給單片機(jī)，由單片機(jī)發(fā)出指令控制各功能模塊工作。
[0029]參見圖4所示的電源模塊電路圖，電源模塊包括直流電機(jī)工作電源、伺服電機(jī)工作電源及集成電路電源，其中，直流電機(jī)工作電源為12-15V可充電鋰電池提供，伺服電機(jī)采用MG995型55g伺服電機(jī)，其供電電壓范圍為3_7.2V，故選用5V電壓為伺服電機(jī)供電，而鋰電池的輸出電壓為12V，因此選用外圍元件少、內(nèi)部有過流、過熱保護(hù)電路的三端穩(wěn)壓芯片(LM7805)將12V降壓為5V ;同時為防止由于伺服電機(jī)啟動給各功能模塊中的集成電路造成干擾，在三端穩(wěn)壓芯片的輸入端并聯(lián)一個大容量(2000uF)極性電容和一個大容量(0.1 uF)陶瓷電容用于濾除電源高低頻干擾，輸出端并聯(lián)一個較大容量(IOuF)極性電容用于緩沖濾波，即可獲得穩(wěn)定的正5V電壓輸出。集成電路電源采用降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，內(nèi)含固定頻率振蕩器(150KHZ)，和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具有電流限制、熱關(guān)斷等保護(hù)電路，還可提供工作狀態(tài)的外部控制引腳，且其輸出電壓的誤差范圍可以保證在±4%的范圍內(nèi)。
[0030]參見圖5所示的主控制器模塊電路圖，主控制器模塊包括電源電路、復(fù)位電路及時鐘電路。
[0031]參見圖6所示的直流電機(jī)驅(qū)動電路圖，直流電機(jī)驅(qū)動模塊內(nèi)含兩個H橋的高電壓、大電流全橋式電機(jī)驅(qū)動芯片(L298N)為核心，由光電隔離、濾波器、整流保護(hù)電路共同組成。本實例采用二路驅(qū)動電路來驅(qū)動四路直流電機(jī)，將車體同側(cè)的兩路直流電機(jī)并聯(lián)，通過一路驅(qū)動電路驅(qū)動。驅(qū)動電路的輸入端采用光電隔離，用以減少在直流電機(jī)啟動時給單片機(jī)、無線路由器等電路造成干擾，保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時使用4個LED燈指示四路驅(qū)動輸入的狀態(tài)。+5V和+12V電源分別接入電解電容和陶瓷電容用于濾波消除高低頻干擾，輸出端則接8個整流二極管，用來保護(hù)電機(jī)驅(qū)動芯片的輸出端，防止因反向電壓過高而被擊穿。
[0032]參見圖7所示照明工作燈電路圖，照明工作燈驅(qū)動電路采用恒流驅(qū)動芯片(AMC7135)驅(qū)動大功率LED燈17，由于燈的額定電流為600_700mA，而降壓型恒流驅(qū)動芯片(AMC7135)，其恒流電流為350mA，為滿足其正常工作需采用2塊恒流驅(qū)動芯片并聯(lián)，以獲取700mA的恒定電流輸出。大功率LED燈17開啟與關(guān)閉，通過在單片機(jī)控制I/O接口與繼電器之間接入達(dá)林頓反向驅(qū)動電路(ULN2003)用于驅(qū)動繼電器，由手機(jī)終端通過WIFI控制繼電器實現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.基于WIFI的多功能智能探測車，包括車體、驅(qū)動模塊、電源模塊、主控制器模塊、傳感器檢測系統(tǒng)、車載無線信息傳輸模塊、LCD顯示系統(tǒng)及照明工作燈；其特征在于，所述車體包括車座上底板、車座下底板、車輪及支柱，所述車輪安裝在車座下底板下方，所述支柱安裝在車座上底板與車座下底板之間，所述車座下底板上設(shè)置有驅(qū)動模塊、電源模塊、主控制器模塊、傳感器檢測系統(tǒng)、車載無線信息傳輸模塊中的無線路由器；所述車座上底板上設(shè)置有IXD顯示系統(tǒng)、照明工作燈及車載無線信息傳輸模塊中的攝像頭和云臺；所述傳感器檢測系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、可燃性氣體濃度傳感器及紅外測距傳感器，所述溫濕度傳感器、可燃性氣體濃度傳感器分別安裝在車座下底板后端兩側(cè)，所述紅外測距傳感器安裝在車座上底板正前端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI的多功能智能探測車，其特征在于，所述車輪上安裝有直流驅(qū)動電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI的多功能智能探測車，其特征在于，所述車體上還安裝有可充電鋰電池組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI的多功能智能探測車，其特征在于，所述驅(qū)動模塊由伺服電機(jī)驅(qū)動電路、直流電機(jī)驅(qū)動電路及照明工作燈驅(qū)動電路構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI的多功能智能探測車，其特征在于，所述驅(qū)動模塊為二路驅(qū)動電路驅(qū)動四路直流電機(jī)，將車體同側(cè)的二路直流電機(jī)以并聯(lián)方式相連，由一路直流電機(jī)驅(qū)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI的多功能智能探測車，其特征在于，所述電源模塊包括直流電機(jī)工作電源、伺服電機(jī)工作電源及集成電路電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于WIFI的多功能智能探測車，其特征在于，所述伺服電機(jī)工作電源中，三端穩(wěn)壓芯片輸入端并聯(lián)有大容量的極性電容和陶瓷電容，輸出端并聯(lián)有大容量極性電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI的多功能智能探測車，其特征在于，無線路由器內(nèi)置WIFI模塊，攝像頭安裝在云臺上，云臺由兩路伺服電機(jī)組成，無線路由器與攝像頭通過USB通信，并通過UART串口與主控制器模塊通信。
【文檔編號】G05D1/02GK103955213SQ201410140661
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】桂玲, 向誠, 謝峰粹, 李強(qiáng) 申請人:中南林業(yè)科技大學(xué)