智能探测小车的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种智能探测小车，包括小车本体,所述小车本体上设置有单片机控制器，所述单片机控制器连接有用于驱动小车行走、调整方向的动力驱动模块、用于检测小车与障碍物之间距离的超声波测距模块、用于采集小车周围环境信息的图像采集模块、用于检测小车周围温度与湿度的温湿度检测模块、以及用于将检测到的所有信息发送至远程控制中心的无线发射模块。本发明提供的智能小车可以为地域探索和危险地带紧急抢险提供很大的资源，在第一时间为消防人员提供数据，为进一步做抢险方案有难以取代的重大意义。
【专利说明】智能探测小车
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种探测装置，尤其涉及一种智能探测小车。
【背景技术】
[0002] 随着汽车工业的快速发展，关于汽车的研究也越来越受到人们的关注。智能汽车 概念的提出给汽车产业带来机遇也带了挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋 势。
[0003] 在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对一些危险或人类不能直接到达的地域的 探测，这些就需要用机器来完成。而未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成 为热门，这就使小车的智能探测有了重大的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能够在危险地带区域也能探测其地理环境状况的智 能探测小车。
[0005] -种智能探测小车，包括小车本体，所述小车本体上设置有单片机控制器，所述 单片机控制器连接有用于驱动小车行走、调整方向的动力驱动模块、用于检测小车与障碍 物之间距离的超声波测距模块、用于采集小车周围环境信息的图像采集模块、用于检测小 车周围温度与湿度的温湿度检测模块、以及用于将检测到的所有信息发送至远程控制中心 的无线发射模块。
[0006] 进一步地，如上所述的智能探测小车，所述单片机控制器连接有集发射与接收于 一体的红外光电传感器。
[0007] 进一步地，如上所述的智能探测小车，所述远程控制中心包括用于接收发送模块 发送的所有信息的无线接收模块、用于处理所述所有信息的数据处理模块、用于显示处理 后信息的显示器。
[0008] 进一步地，如上所述的智能探测小车，所述数据处理模块还连接有用于控制小车 工作状况的智能手机。
[0009] 进一步地，如上所述的智能探测小车，所述图像采集模块带有图像处理压缩的驱 动程序，该压缩程序将原始图像转换为可传输的二进制数字信息，然后通过无线发射模块 发送该二进制数字信息。
[0010] 进一步地，如上所述的智能探测小车，所述动力驱动模块包括可驱动四个直流电 机的电极驱动板。
[0011] 本发明提供的智能小车可以为地域探索和危险地带紧急抢险提供很大的资源，在 第一时间为消防人员提供数据，为进一步做抢险方案有难以取代的重大意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明智能探测小车原理结构图。
【具体实施方式】
[0013] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
[0014] 图1为本发明智能探测小车原理结构图，如图1所示，本发明提供的智能探测小 车，包括小车本体，所述小车本体上设置有单片机控制器16,所述单片机控制器16连接有 用于驱动小车行走、调整方向的动力驱动模块11、用于检测小车与障碍物之间距离的超声 波测距模块12、用于采集小车周围环境信息的图像采集模块13、用于检测小车周围温度与 湿度的温湿度检测模块14、以及用于将检测到的所有信息发送至远程控制中心18的无线 发射模块17。所述远程控制中心18包括用于接收发送模块发送的所有信息的无线接收模 块、用于处理所述所有信息的数据处理模块、用于显示处理后信息的显示器。
[0015] 本发明提供的智能探测小车，通过与单片机控制器连接的超声波测距模块12来 测量小车与障碍物之间距离，然后根据检测到的距离再通过动力驱动模块11来驱动小车 调整方向从而避免与障碍物相碰，同时还可以进一步通过湿度检测模块14来获取小车周 围温度与湿度信息、以及通过图像采集模块13来获取小车周围的地理环境信息，最后，单 片机控制器16将所有的信息通过与之连接的无线发射模块17发送给远程控制中心18,通 过远程控制中心18将接收的信息进行分析处理。
[0016] 进一步地，为了避免超声波测距模块12发生故障而导致智能探测小车与障碍物 相撞，所述单片机控制器16还连接有一辅助测距模块，该辅助测距模块为集发射与接收于 一体的红外光电传感器15。
[0017] 进一步地，为了方面控制小车的工作状况，所述数据处理模块还连接有用于控制 小车工作状况的智能手机。
[0018] 进一步地，所述图像采集模块13带有图像处理压缩的驱动程序，该压缩程序将原 始图像转换为可传输的二进制数字信息，然后通过无线发射模块发送该二进制数字信息。 所述动力驱动模块11包括可驱动四个直流电机的电极驱动板。
[0019] 以下对本发明的各个模块进行介绍。
[0020] 动力驱动模块
[0021] 所述动力驱动模块采用L293电机驱动板，可以驱动四个直流电机，本设计中，每 一路L293输出引出了两个并联的端口，以便控制四轮的小车，左右两边的电机并联运行 的。本驱动板，也可以控制步进电机，四线制的步进电机。L293芯片采用16脚封装。主要 特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V ;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作 电流为2A ;额定功率25W。内含两个Η桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流 电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使 能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使 内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用 L293芯可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，以实现小车的驱动程序，包括前进， 后退，调速，转向等。
[0022] 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进 电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机是通过输入脉冲信号来进行 控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。其 特点是：
[0023] 1)控制换相顺序，通电换相这一过程称为脉冲分配（2)控制步进电机的转向，如 果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。（3)控 制步进电机的速度，如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再 转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以 对步进电机进行调速。
[0024] 红外光电传感器
[0025] 所述红外光电传感器在避障模块中使用的是红外传感器E18-D80NK。E18-D80NK 是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行 解调输出。有效的避免了可见光的干扰。透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测80 厘米距离的问题（由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探测的最大距离也有不同；白色 物体最远，黑色物体最近XEIS-DSONK-N这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射 光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出。有效的避免了可见光的干扰。透镜的 使用，也使得这款传感器最远可以检测80厘米距离的问题。如遇障碍物，光电开关向单片 机发去信号继而控制小车转弯以实现壁障功能。
[0026] 超声波测距离模块
[0027] 所述超声波测距模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制 电路。基本工作原理：采用10 口 TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号；模块自动发 送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过10 口 ECHO输出一个高 电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。其中VCC供5V电源，GND为地 线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出等四支线。
[0028] HC-SR04的使用方法如下：
[0029] 10 口触发，给Trig 口至少10us的高电平，启动测量；模块自动发送8个40Khz的 方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过10 口 Echo输出一个高电平，高电平持续 的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=(高电平时间*340) /2,单位为m。
[0030] 程序中测试功能主要由两个函数完成，即measure ()负责启动一次模块的测距， 然后由ShouldTurnO确定前方是否有障碍物，根据车体大小及系统的反应，经过测试，取 30cm的反应距离效果较为明显。另外，HC-SR04超声波探测模块探测的间隔周期推荐值是 64ms，但经过试验，我们发现在我们的小系统中取125ms较为适宜，使主程序有足够的时间 来驱动小车前进，而不至于出现前进不流畅的现象。
[0031] 实现中采用定时器0进行定时测量，8分频，TCNTT0预设值0XCE，当timerO溢出 中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：ms):
[0032] T=(定时器 0 溢出次数 * (0XFF_0XCE))/1000
[0033] wifi无线收发模块
[0034] 无线收发模块，由于视频数据量较大，视频进行无线传输时需占用较大的带宽，而 Open-WRT可以在一条线路上N次拨号，并叠加带宽，可以实现数据高速传输。因此，可以将 路由器刷成openwrt系统用于视频的传输。
[0035] OpenWrt的被描述为一个嵌入式设备的Linux发行版，OpenWrt的包管理提供了一 个完全可写的文件系统，从应用程序供应商提供的选择和配置，并允许您自定义的设备，以 适应任何应用程序通过使用包。对于开发人员，OpenWrt的是框架来构建应用程序，而无需 建立一个完整的固件左右；对于用户来说，这意味着完全定制的能力，从来没有预想的方式 使用该设备。
[0036] 图像采集模块
[0037] 所述图像采集模块采用了普通高清30W像素的摄像头拍摄视频，摄像头自带有图 像处理压缩的驱动程序，使图像转换为可传输的二进制数字信息，将压缩的数据通过无线 WIFI路由器，传输给电脑。无线局域网可实现54Mbp/s的数据传输，所以，我们可实现视频 的实时性传输，不会有明显的延时和滞后感。
[0038] 显示器
[0039] Mini无线路由器经过OPENWRT开源系统建立的wifi热点，电脑终端利用VB窗口设 计程序，绘制出电脑上位机软件wifirobot. exe。利用网络工程知识，将电脑与小车单片机系 统连接在同一个局域网环境下，通过发送脉冲数字信号，控制小车的行驶。摄像头采集的视 频数据，通过无线网络直接显示在电脑屏幕上，通过电脑终端不仅可以控制小车的速度大 小的调速功能，控制小车的方向的控制；而且可以在电脑屏幕上直接显示小车摄像头所拍 摄的视频信息内容，我们通过这个软件，可以方面清晰的了解到危险地带的内部情况信息， 方便我们第一时间发现危险源，及采取相应的救援措施。
[0040] 智能手机
[0041] 所述智能手机采用Andriod智能手机，利用Andriod开发平台SDK,根据JAVA语 目，创建了手机控制软件apk.文件。
[0042] 通过Andriod智能手机控制端，不仅可以运用触控按键来控制小车的行驶转向问 题，而且可以利用现代最新重力感应技术来控制小车：当手机向前倾斜，小车前进，向后倾 斜，后退，向侧倾斜，小车向对应的方向转向。
[0043] 结果分析
[0044] 精确实现小车的前进、后退、转向和自动避障等功能，使智能小车在无人控制情况 下，安全自动化行驶。实现复杂地形内危险源的准确定位。
[0045] 利用视频无线实时传输系统、温湿度测试仪及视频采集设备对复杂环境进行视频 采集和温湿度测量；通过无线路由器(开源OPENWRT系统)建立的无线热点。实现控制端(手 机或电脑）和小车之间的数据传输和无线控制。
[0046] 本发明有益效果：
[0047] 通过直流制系统，使小车平稳前进、倒退和转向，自动躲避障碍物。
[0048] 通过温湿度仪，视频采集器对复杂地形内部结构进行数据采集。
[0049] 通过无线Wifi传输技术，100米范围内可将数据实时传输到电脑上，在第一时间对 复杂地形有一个第一时间全方位的掌握。
[0050] 可对危险源进行准确定位。
[0051] 利用Android智能手机，实现对小车的便捷控制。
[0052] 手动、自动双控制系统，控制灵活、可罪、精度1?。
[0053] 实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统 的各项要求，用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障。
[0054] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
【权利要求】
1. 一种智能探测小车，包括小车本体，其特征在于，所述小车本体上设置有单片机控 制器，所述单片机控制器连接有用于驱动小车行走、调整方向的动力驱动模块、用于检测小 车与障碍物之间距离的超声波测距模块、用于采集小车周围环境信息的图像采集模块、用 于检测小车周围温度与湿度的温湿度检测模块、以及用于将检测到的所有信息发送至远程 控制中心的无线发射模块。
2. 根据权利要求1所述的智能探测小车，其特征在于，所述单片机控制器连接有集发 射与接收于一体的红外光电传感器。
3. 根据权利要求1所述的智能探测小车，其特征在于，所述远程控制中心包括用于接 收发送模块发送的所有信息的无线接收模块、用于处理所述所有信息的数据处理模块、用 于显示处理后信息的显示器。
4. 根据权利要求3所述的智能探测小车，其特征在于，所述数据处理模块还连接有用 于控制小车工作状况的智能手机。
5. 根据权利要求1所述的智能探测小车，其特征在于，所述图像采集模块带有图像处 理压缩的驱动程序，该压缩程序将原始图像转换为可传输的二进制数字信息，然后通过无 线发射模块发送该二进制数字信息。
6. 根据权利要求1所述的智能探测小车，其特征在于，所述动力驱动模块包括可驱动 四个直流电机的电极驱动板。
【文档编号】G05D1/02GK104090571SQ201410151099
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】王缓缓, 胡爱娜, 邵开丽, 宫娜娜, 武海艳, 邵云峰, 吕永志 申请人:黄河科技学院