基于wifi的智能潜水两栖多功能抢险救援车.docx
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基于wifi的智能潜水两栖多功能抢险救援车
基于wifi的智能潜水两栖多功能抢险救援车
摘要:
本系统EXP-KeilC51单片机为核心,超声波检测模块、信号转换模块、视频传输模块、平衡潜水舱等部分组成。
超声波检测模块提供智能反馈;信号转换模块实现信号收发装置与单片机之间的通信。
可以实现电脑、手机及平板电脑视频遥控、实现陆地越障、水面运动、潜水作业等功能。
救援车上安装了机械臂、可应用于抢险救援、企业工厂水下机机器人、水下地质探测、水下打捞、艰难地形的攀爬、远程控制信息智能化,应用范围广,适应能力强。
关键字:
EXP-KeilC51智能潜水机械臂远程控制信息智能化
Abstract:
thesystemtoEXP-KeilC51 microcontrollerasthecore, ultrasonicdetectionmodule, asignalconversionmodule, videomodule, balance thedivingchamber andothercomponents. Ultrasonic detectionmodule toprovideintelligent feedback; signalconversionmodule torealizethecommunicationbetweenthe signalreceivingandtransmittingdevice andmicrocomputer. Canrealizethe computer, mobilephone andtablet computer video remotecontrol,land, water, diving obstacle motion function. Arescuevehicle mountedmanipulator, canbeappliedto theplantwater rescue, enterprises underthemachine robot, underwater geologicalexploration, underwatersalvage, difficultterrain climbing, remotecontrol intelligentinformation, wideapplicationrange,strongabilitytoadapt.
Keywords:
EXP-KeilC51Intelligent divingThemechanicalarmRemote control intelligentinformation
目录
一、系统方案1
1.1功能与原理1
1.1.1工作原理1
1.1.2功能2
1.2方案与论证2
1.2.1微控制器模块2
1.2.2驱动电路设计2
1.2.3信号转换模块电路3
1.2.4电源电路3
1.2.5时钟信息采集模块4
1.2.6温度采集模块4
1.2.7超声波测距模块:
4
1.3电路设计5
1.3.1主控器内各模块5
1.3.2703N无线数据传输6
1.3.3系统的电源稳压模块6
1.3.4WIFI/蓝牙操控模块及多平台控制:
6
二、特色与创新之处7
三、技术说明7
四、系统适用范围8
五、参考文献8
一、系统方案
1.1功能与原理
1.1.1工作原理
基于wifi智能潜水两栖多功能抢险救援车上装载信号收发装置,信号收发装置可以发射无线信号。
电脑、平板或手机通过连接无线网络进而进入设定的界面,通过以MAX232主控芯片的信号转换模块实现STC15F2K61S2单片机和信号收发装置之间的通信,进而对救援车进行控制;通过控制驱动模块控制减速电机进而控制救援车的前进和转向。
通过控制舵机控制救援车上摄像头的转动来实现车前方视野的转换,从而可以看见救援车前方多个方位的环境。
救援车上的机械臂可以实现物品的拾取、搬运,开关的拧动等功能。
救援车通过控制继电器,从而改变驱动模块的供电电压进而实现车的变速。
救援车的平衡是通过潜水舱调节小车各种地形的平衡以及以及通过改变水的重量来潜水。
在烟雾环境或pw2.5环境下课通过超声波协同其他模块的配合综合利用实现救援车的正常运行。
图1原理图
1.1.2功能
基于wifi智能潜水两栖多功能抢险救援车是一个可以电脑、平板或智能手机实现wifi视频遥控还可以通过网路远程控制的抢险救援车。
抢险救援车具有潜水功能,水中打捞,辅助有照明系统,解决水中光线不足,摄像头看不到所要打捞物体的缺陷,避障功能、水上运动功能、电脑视频遥控功能、平板视频遥控功能、手机视频遥控功能。
救援车上安装了智能机械臂,可以实现拾取物品、拧动开关等功能,救援车具有很强的环境适应能力,可以在雾霾天气环境正常工作,水中抢险救援,可以在复杂的地形中行走,可以实现复杂地形的灾情勘测、环境勘测等完全可以代替人很难进入的环境进行抢险救援工作
1.2方案与论证
1.2.1微控制器模块
方案一:
采用MCS-51系列单片机作为主控芯片。
51系列单片机价格便宜,使用简单,但是51系列单片机RAM,ROM等资源少,外围模块少,指令周期长,运算速度较其他RISC指令系统单片机慢。
方案二:
采用EXP-keilC51单片机作为主控制芯片。
EXP-keilC51单片机的外部数据存储器足够容纳所有应用程序代码及数据,且能一致访问XDATA与Code空间,支持keil-C环境下的汇编,可以设置单步全速断点运行方式,可以查阅变量RAM、XDATA等数据,更适合于嵌入式应用。
其电路板空间和成本、外围部件少,简单易学。
因为本系统的数据处理比较多,且EXP-keilC51单片机的外部数据存储器足够容纳所有应用程序代码及数据,所以我们选择EXP-keilC51作为系统的主控制器。
1.2.2驱动电路设计
方案一:
使用高耐压复合晶体管芯片ULN2003来驱动电机。
方案二:
使用L298N电机驱动模块。
ULN2003最大工作电流为500mA,对于本系统中的直流减速电机驱动能力不足。
相反,L298N电机驱动芯片工作电压高,最高工作电压可达46V,内含两个H桥的高电压电流全桥式驱动器可以很好的控制本系统中的直流减速电机。
故采用方案二。
智能小车电机驱动采用L298N电机驱动芯片模块,由单片机控制其工作,从而控制小车的运动状态。
此芯片工作电压高,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H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,控制直流电机简单容易。
该驱动模块使用光耦将电机电压与信号电压分隔,增强了可靠性。
图2电机驱动模块原理图
1.2.3信号转换模块电路
救援车信号转换模块由MAX232为主控芯片组成,将RS232信号转换为TTL信号,实现单片机与路由器之间的通信。
其工作稳定,转换精度高。
具有较高的工作效率且功率低价格便宜。
图3RS232与TTL信号转换
1.2.4电源电路
水陆两栖多功能视频救援车通过可充电环保锂电池供电,电池电源DC-DC稳压模块进行电压转换,此稳压模块相对于其他模块来说,更大限度地避免了电能在降压模块上面的消耗,并且内部震荡部分控制其占空比就能改变输出电压大小(在10V范围内),使其输出能恒定,若某个DC-DC规定输入范围是6V到16V,输出5V,只要是在这个输出范围内,输出都是5V(误差只有零点零几伏)。
小体积、高可靠性、输出稳压精度可达±3%,高性价比,多种输入输出电压内置输入滤波器,低电磁兼容特性,此模块可以稳定电池的供电电压,使救援车行进状态更加稳定。
图4L7805稳压电路
1.2.5时钟信息采集模块
方案一:
采用单片机内部时钟进行计时。
方案二:
采用专门的时钟芯片Ds1302实现时钟的计时,再把时间数据送入单片机,由单片机控制显示。
若采用方案一,一方面需要采用计数器,占用硬件资源;另一方面需要设置中断、查询等,同样耗费单片机的资源。
而Ds1302具有31*8位暂存数据存储RAM、双电源管脚用于主电源和备份电源供应、串行I/O口方式使得管脚数量最少。
基于以上分析,选用方案二。
1.2.6温度采集模块
方案一:
采用DS18B20温度传感器感应温度。
方案二:
采用热电偶。
数字温度传感器DS18B20,省却了采样、保持电路、运放、数/模转换电路以及进行长距离传输时的串/并转换电路,简化了电路,缩短了系统的工作时间,降低了系统的硬件成本,使该实时温度采集与分析系统行能稳定可靠。
热电偶测温范围广,但灵敏度较低,工作温度范围较窄。
故选用方案一。
1.2.7超声波测距模块:
一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出。
一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值。
此时就为此次测距的时间。
方可算出距离,如此不断的周期测,就可以达到移动测量的值。
图5超声波测距模块及流程图
1.3电路设计
1.3.1主控器内各模块
我们采用达盛公司的EXP-KeilC51单片机作为微控制器。
采用703N数据传输、温度传感器采集温度、时钟芯片记录时间、日期。
超声波检测模块、信号转换模块、视频传输模块、平衡潜水舱等部分组成。
超声波检测模块提供智能反馈;信号转换模块实现信号收发装置与单片机之间的通信。
可以实现电脑、手机及平板电脑视频遥控、实现陆地越障、水面运动、潜水作业等功能。
救援车上安装了机械臂、可应用于抢险救援、企业工厂水下机机器人、水下地质探测、水下打捞、艰难地形的攀爬、远程控制信息智能化,应用范围广,适应能力强。
各模块与单片机连接图如图2所示。
图6各模块与单片机连接原理图
1.3.2703N无线数据传输
选用703N集成了无线网卡有线网卡CPU等全部功能。
无线收发模块作为系统的通信方式。
703N技术是一种基于射频的低成本、低功耗、低速率、短距离、高可靠性、实现简单、适用于网络的双向无线通信技术。
703N便宜的、低功耗的特点适合本系统的运作。
它只需与单片机连接2根线即可实现无线传输。
在本系统中,703N把单片机发射的消息不停的通过串口通信传到上位机上显示。
1.3.3系统的电源稳压模块
为了能用一个电源来实现整个系统的供电,我们在系统中设计了一个稳压模块,此系统用了Lm7805芯片,Lm78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。
对于本系统来说,可以为单片机提供稳定的5V电源,来维持单片机的正常工作。
因为在此系统中我们用了语音模块与TFT彩屏,为了给其提供稳定的3.3V电源,我们还用了AMS1117芯片输出3.3V电源来维持语音模块与TFT彩屏的运行。
a.LM7805稳压模块b.Ams1117稳压模块
图7电源稳压模块原理图
1.3.4WIFI/蓝牙操控模块及多平台控制:
具备WIFI、蓝牙双模控制,视频监控回传、机械手控制、视频云台控制、雷达探测、自定义指令发送。
可完成视觉巡线功能,开启后将在视频画面上出现追踪框,并显示当前中心点的X/Y位置,上位机通过摄像头的画面判断地面上的标志线。
“摄像头追踪”功能开启后界面与“视觉巡线”一致,程序如果侦测到画面中出现运动物体,将自动调整摄像头云台的方向,实时跟踪。
救援车可以实现电脑视频遥控、手机视频遥控及平板电脑视频遥控,可以直接通过电脑或平板屏幕可以看见小车前方的环境,进而控制小车的各种运动状态。
此功能可以实现对未知环境状况且人员不方便进入的环境进行环境勘测,保障了救援人员的人身安全,操作简单、更加方便。
图8基于wifi智能潜水两栖多功能抢险救援车上位机界面
二、特色与创新之处
1.多平台控制,救援车可以实现电脑、手机及平板电脑视频遥控。
2.应用范围广,适应能力强。
救援车可实现陆地越障、水面运动、潜水作业等功能。
3.功能丰富。
救援车上安装了机械臂、电动工具等。
救援车还具有变速功能,可以实现小车的高速和低速行驶。
具有快速选择性。
4.反应快、识别能力强,可以在烟雾环境和水下高速灵敏的运行。
5.装置操作简单、灵活、易于控制。
三、技术说明
近几年自然灾害的发生更加频繁,范围更加广泛,抢险救援问题严重备受人们关注。
如极端气候、以及最近最有影响力的雾霾恶劣天气、火灾,水灾等等,人员很难进入了解灾情。
我们的作品基于wifi实现远程控制,超声波智能检测以及智能平衡体系、潜水智能化技术正在逐步得到应用,这种技术的操纵越来越简单,动力性和实用性越来越高,安全性越来越好,环境适应能力越来越强。
因此,智能化救援是未来发展的趋势。
可以运用到抢险救援车,企业工厂水下机械臂,水下地质探测,水下打捞,艰难地形的攀爬。
四、系统适用范围
本实用新型涉及一种基于wifi的智能潜水两栖多功能抢险救援车,本方案制作以EXP-KEILC51单片机为核心,超声波检测模块、信号转换模块、视频传输模块、平衡潜水舱等部分组成。
超声波检测模块提供智能反馈;信号转换模块实现信号收发装置与单片机之间的通信。
可以实现电脑、手机及平板电脑视频遥控、实现陆地越障、水面运动、潜水作业等功能。
救援车上安装了机械臂、可应用于抢险救援、企业工厂水下机机器人、水下地质探测、水下打捞、艰难地形的攀爬、远程控制信息智能化,应用范围广,适应能力强。
五、参考文献
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[5]WiFi技术研究及应用[J].2008(02);21-6
[6]基于MSP430的智能测控模块的设计与研究[D].2007;9-6
[7]许永和.8051单片机USB接口VisualBasic程序设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2007.
[8]周立功等.ARM嵌入式MiniGUI初步与应用开发范例.北京航空航天大学出版社,2006.
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