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基于STM32单片机多功能探测巡检车的设计

2020-02-18 23:02汽车电子 人已围观

简介随着新材料、新能源、微电子以及传感器技术的发展,多功能无人车迅猛发展,使得无人车成本降低,理论的不断完善使得无人车制作相对简易,可以很轻易的提升其功能。多功能探测...

  随着新材料、新能源、微电子以及传感器技术的发展,多功能无人车迅猛发展,使得无人车成本降低,理论的不断完善使得无人车制作相对简易,可以很轻易的提升其功能。多功能探测巡检车是以stm32单片机作为控制核心,并辅以其它功能模块电路所组成。
  
  现如今国内的智能化发展速度极快,无人科技方面也有极大的发展空间,其在人工智能领域占有很重要的作用。智能小车应用范围非常广泛,小到餐饮服务业,大到太空勘探,都可将其应用其中,大大提高了工作效率,节约人工成本,同时也会让人们的生活越来越智能化。现国内智能小车已有实际的应用,例如哈工大的导游机器人,沈阳自动化所的AGV小车以及上海的导购机器人等等。相信在不久的将来会被广泛普及。
  
  1 系统总体方案
  
  多功能探测巡检车是以stm32单片机作为控制核心,采用的是模块化设计,整个系统由上位机系统和下位机系统组成。该系统结构图如图1所示。上位机远程控制端和下位机数据采集端。下位机模块主要由电机驱动模块、电源模块、多种传感器模块和主控模块组成,而传感器模块包括气体传感器、温度传感器、超声波传感器等。主控模块是stm32单片机的控制器,同时也是下位机系统的大脑,它能够实时处理由传感器传输过来的数据,也可与上位机之间通信,并根据命令做出最正确的应答。下位机模块和WiFi模块可以实现手机和电脑端之间实时传输视频,实现智能小车实时传输视频的功能。
  图1 系统结构图
  图1 系统结构图
  
  本系统可通过模块不同可以完成不同的任务,实现高度自由化和定制化;可以融入智能化模块,实现无人操控寻路;造价低廉, 可以融入人们日常生活。
  
  2 主要模块
  
  2.1超声波避障模块
  
  超声波避障传感器分别作用于发射和接受超声波,其具有检测距离的作用,测量的范围达到3-500cm。超声波避障的工作原理是当向TRIG脚提供一个10us以上的脉冲触发信号的时候触发模块测距功能,接着模块将会发送8个40KHz超声波脉冲,并自动检测信号。如果有回波信号返回,那么模块上有ECHO回响信号,通过IO 口ECHO输出的是高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到触碰障碍物返回的时间。计算出距被测物体的实际距离(实际距离=高电平持续的时间*声音在空气中传播的速度(340M/S)/2)。智能小车超声波传感器装载一个舵机,舵机使超声波传感器对障碍物的探测更加的灵敏、准确和全面。当智能小车正前方有障碍物存在时,超声波模块开始探测小车左边是否存在障碍物,如果左边没有障碍物时,则让小车向左转,如果左边也有障碍物存在时,超声波模块就会探测智能小车右边是否存在障碍物,如果右边没有障碍物存在,则就让智能小车向右边转,如果正前方、左边和右边同时有障碍物存在时,则会让智能小车先原地向左旋转接着再开始测距, 一直重复这个流程直到小车可以向左转或者向右转为止。超声波模块使智能小车在执行任务的时候,即使会突然遇到障碍物,其也会自主避障,避免智能小车与障碍物相碰撞。
  
  2.2自动循迹模块
  
  多功能探测巡检车必须在白色路面贴有黑色胶带的轨道上运动,由于黑色胶带和白色路面对光线的反射程度不同,根据收到的反射光的强弱来判断道路。本项目用是最常见的红外传感器,检测黑线的原理是红外发射管发射红外光线到路面,红外光遇到白色路面时则会反射光线,接收管会接收到反射的光线。当红外光遇到黑色胶带时则会被吸收光线,接受管并不会接收到反射光。
  
  2.3气体检测模块
  
  气体检测模块用是MQ-135传感器,其电路如图2所示,使用的气敏材料是二氧化锡(SnO2) 。当传感器检测到污染气体时,其电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。MQ-135传感器对氨气、氢气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高,对烟雾和其他有害有毒气体的监测也是非常理想,还可以监测其它多种有害气体。其检测气体浓度范围在10- l000pm,利用QM-135传感器检测的高精度实现对实时气体浓度监测,精确的数据会传送到手机界面。
  图2 MQ-1 35传感器模块电路
  图2 MQ-1 35传感器模块电路
  
  2.4视频传输模块
  
  视频传输模块可以实现智能小车和手机电脑界面之间的通信,本设计使用的是最新的wif通信模块,因此控制端可以更好的传输高清的画面,通信距离远,抗干扰能力强,不受地域方面的影响。控制端手机界面主要由循迹模式、舵机左转、右转、上、下、左、右、左旋、右旋这九个按钮组成,也可以自由切换手动和自动模式。在一些突发的场合,比如高危作业、灾难救援、探测危房、电网巡查等等。这些都是人不方便工作的地方,同时安全也得不到保障,但智能小车却可以发挥很大的作用,利用其智能化和多功能化,更好的排除安全隐患,高效完成高难度的任务。
  
  2.5电机模块
  
  多功能探测巡检车选用的是微型集成电路电机驱动芯片L298N,L298N芯片拥有高电压、大电流的特点。工作电压最高可达到46V,输出电流瞬时峰值可达到3A,持续工作的电流为2A,额定功率为25W。内含有两个全桥式驱动器,可用来驱动直流电动机和步进电动机。L298N芯片采用标准逻辑电平信号控制,具有两个使能控制端,可以用来检测外部电阻的变化情况,将得到的变化量反馈给控制电路。本项目选用的是直流电机,它的速度控制性能良好,而且直流电机可以适应各种复杂速度和信号的极速变化,拥有很好的适应能力。直流电机工作噪音比较小,性能稳定。小车车速的控制采用PWM (脉冲宽度调制)技术,通过改变直流电机电压与平均电压之间占的比例。通过控制高低电平的转换实现智能小车调速,其电路如图3所示。
  图3电机驱动模块电路
  图3电机驱动模块电路
  
  2.6电源模块.
  
  多功能探测巡检车选用的电源模块是AMS公司生产的AMS1117,AMS1117是一-种固定输出电压3.3V的正向低压降稳压器。智能小车需要5V和3.3V电压,稳压电源的5V电压可以直接给系统供电,而通过AMS1117稳压器之后,5V的电压就会降为3.3V,在电压输出端加入一个LED作为电源指示灯。
  
  3 结束语
  
  综上所述,通过对系统的五大功能(超声波避障、自动循迹、气体检测、上位机控制 、视频传输)和STM32小车以及其他输出器件的结合,通过测试,设计智能小车的系统已达到预测的效果。
  
  多功能探测巡检车的用途非常广泛。探测危房、废墟的内部情况、抗灾的搜救、大型通风管道维修、电网巡查、军事侦察等等。在有限的时间内,节省人力与时间,准确高效的完成探测、搜救任务等等。探测危房、废墟的内部情况、救灾现场的情况,可以实时转放监控视频。能够翻越一定难度的障碍,应用范围广,功能多。并且性能高、低成本、运行平稳、控制灵活、线路简单、抗干扰能力强。成长空间非常大,应用领域非常的宽广,并且成本低;并且也可以应用于民生生活的各个方面,用于作为玩具、快递等方面。此外无人车也在很多工业领域有着巨大需求,可以在人不方便进入的地方进行作业。
  
  多功能探测巡检车也可以作为多功能巡检车,用于不同类型地方各个设备的巡检工作,比如南方电网公司的电路巡检。多功能探测巡检车自带高清摄像头可对电气设备进行缺陷认定、故障分析。与南方电网公司协商,尝试对电网电气设备检测,特别是代替人工对特殊环境(由于地理环境特殊、工作环境危险)此类巡检如:高压电力线巡检、高压电塔等高风险设备进行安全巡检。
  
  多功能探测巡检车作用范围广泛、成本低、性能高,生活中具有非常好的应用前景,可大量生产运用。

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