一种室内巡检机器人用多通道数据采集控制卡的制作方法

本发明涉及机器人技术，具体是一种室内巡检机器人用多通道数据采集控制卡。

背景技术：

目前，市面上的应用于水电站厂房的巡检机器人还比较缺失，没有专门应用于水电站厂房内的室内巡检机器人，开发一款专门针对水电站室内巡检机器人的数据采集与控制板卡很有必要,本板卡专门针对水电站室内巡检机器人而设计，满足特殊环境下的机器人控制与数据采集。

市面上应用于户外变电站等巡检机器人等，也有相应的数据采集与控制板卡，但是由于应用环境的不同，板卡的设计功能也不一样，户外巡检机器人的板卡主要包含室外温度采集、视频图像采集、红外图像采集等，不具备气体采集、声音采集、振动采集等适合室内环境监控的数据收集功能，尤其是水电站发电厂房大型机械的声音异常，振动异常以及局部温度异常等，均需要检测，同时水电站厂房环境特殊，大多建设在深山、山体内部或者地下，水电站厂房大多空间密闭，需要对整个厂房的空气气体进行检测，防止有毒气体的泄漏造成人员伤亡。

为了满足水电厂房室内巡检机器人能采集环境数据并控制机器人运动，本发明专利提供一种能满足水电厂房室内巡检机器人的多通道数据采集核心控制板卡，该控制板卡能实时的控制机器人的运动，同时实时采集温度、湿度、声音、气体、振动数据，及时将数据通过WIFI传送到上位机，同时具备UWB无线定位功能。多通道数据采集核心控制板卡通过数据换算，及时拟合出机器人的运动路线，控制机器人的运动，无需人工干预。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种室内巡检机器人用多通道数据采集控制卡，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种室内巡检机器人用多通道数据采集控制卡，包括核心控制器、温度传感器、湿度传感器、声音传感器、WIFI模块、UWB定位模块和运动控制器，所述核心控制器通过第一RS232串口模块连接声音传感器，核心控制器通过第二RS232串口模块连接气体传感器，核心控制器通过第一RS485串口模块连接UWB定位模块，核心控制器通过第二RS485串口模块连接振动传感器，核心控制器通过第三RS485串口模块连接红外传感器，核心控制器通过第四RS485串口模块连接运动控制器，核心控制器还连接WIFI模块，第一AD转换器和第二AD转换器，第一AD转换器还连接温度传感器，第二AD转换器还连接湿度传感器。

作为本发明的优选方案：所述核心控制器的型号为STM32。

作为本发明的优选方案：所述核心控制器与WIFI模块之间通过CAN总线相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明室内巡检机器人用多通道数据采集控制卡可以保证水电厂巡检机器人能按照后台给定的路线巡检，并在巡检过程中不间断采集声音、温度、湿度、振动、红外、气体物理量，将采集到的数据实时传输到后台，做进一步的分析与统计，并能保留历史记录数据，同时后台可以实时监控水电厂的环境变化，及时的检测到水电厂环境中各个物理量的异常，防止意外事故的发生。同时解决了人工采集上述各个物理量的繁琐工作，避免了人工采集的数据的不连续性与记录保存的不完整性。通过多通道数据采集与控制卡，可以有效的完成数据采集与机器人运动控制，并设置声音、温度、湿度、振动、红外、气体物理量的阈值范围，再超过阈值范围的监控点进行反复检测、重点检测，达到异常情况准确监测与及时告警的目的，避免的人工监测的人为误差。

附图说明

图1为室内巡检机器人用多通道数据采集控制卡的整体方框；

图2为负责温度和湿度传感器数据采集的电路处理图；

图3是本设计的多通道数据采集与控制卡的RS232串口处理图；

图4是本设计的多通道数据采集与控制卡的RS485串口处理图；

图5是本设计的多通道数据采集与控制卡的CAN数据通路处理图；

图6是本设计的多通道数据采集与控制卡的STM32核心控制器处理图；

图7是本设计的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明实施例中，一种室内巡检机器人用多通道数据采集控制卡，用STM32作为核心控制芯片，通过串口控制器模块连接外部的声音传感器、气体传感器，振动传感器、红外传感器。声音传感器和振动传感器通过RS323接口连接到STM32核心芯片上，驱动芯片使用MAX3232，气体传感器和红外传感器通过RS485连接在STM32核心芯片上，驱动芯片使用MAX485，温度传感器和湿度传感器通过LM324将信号放大后，通过I/O口连接到STM32核心芯片上，由STM32内部的AD转换器完成数据采集。WIFI模块通过CAN接口连接在STM32核心控制板上，驱动芯片使用SN65HVD230。温度传感器、湿度传感器、声音传感器、气体传感器，振动传感器、红外传感器的数据经过STM32处理后，由WIFI模块发送到后台做进一步数据分析与处理。同时WIFI模块接收由后台发送的坐标指令和位置导航信息，送达STM32核心处理器解码后通过串口控制器将指令传送给运动控制器，指挥机器人的运动，完成机器人运动控制。机器人的坐标信息由UWB定位模块获得，UWB定位模块通过串口将机器人坐标信息发送给STM32核心处理器。

本发明的工作原理是：如图2所示：温度传感器和湿度传感器使用两路LM324作为数据处理芯片，负责将信号放大并送到STM32做进一步处理。

LM324共集成四个运算放大集成电路，可同时满足温度传感器和湿度传感器的信号运算放大，其中“+”、“-”为两个信号输入端。温度传感器和湿度传感器的信号从“-”输入，使用单端输入，放大电路采用单电源供电，放大器电压放大倍数Av由电阻R1、R3决定：Av=-R3/R1，负号表示输出信号与输入信号反向，构成负反馈放大电路。R2作为偏置电阻。此电路的放大倍数按照Av=-R3/R1=125k/10k=12.5倍来处理，可根据实际的器件差异做适当调整。模块采用5V供电。

温度传感器和湿度传感器插接在CON1口，经过LM324放大后的电压幅度信号，送到STM32做AD转换处理。温度量和湿度量均为连续型的物理量，STM32内部的AD采样按照1秒钟一次的采样频率进行。

STM32核心控制器的PIN85,PIN86作为温度传感器和湿度传感器的信号输入口，使能STM32的A/D采样功能，按照1秒钟一次的采样频率不间断的对两个端口信号进行采样。采样数据经过内部处理计算后由STM32传送到WIFI模块，经WIFI模块传送到后台做数据存储与分析。

1.温度传感器和湿度传感器通过LM324信号放大模块后，连接到STM32核心板上，通过STM32的I/O口接收LM324的数据，在STM32内部做进一步数据处理。

2. 声音传感器、气体传感器的数据通过串口RS232传输到STM32核心板上，有两路RS232做数据采集。

3. 振动传感器、红外传感器、UWB模块的数据采集通过RS485传输到核心板上，有三路RS485做数据采集。

4.运动控制器通过RS485连接，负责控制机器人的运动。

5.WIFI信号通过CAN总线连接，负责完成机器人与后台的数据传输。

参照图7：多通道数据采集与控制板上电后，初始化模块，启动WIFI模块，接收后台发送的指令，STM32通过接收到的指令，初始化运动控制器，调整机器人的运动姿态，准备按照后台给定的巡检路线执行巡检，同时对各个串口以及AD采样的数据进行一次轮询采样，上报采样值与状态值，报告异常状态。

通过正常初始化后，STM32对各个端口进行轮询采样，依次按照下列顺序以1秒钟一次的速率采样。完成一次采样后将数据从WIFI端口传输到后台，并刷新一次各个端口的采样数据。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。