專利名稱：智能巡檢機器小車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能巡檢機器小車，用于在一些人類無法到達的地方或需 要全天候監(jiān)控的地方采集數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
機器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變 化，使人類生產(chǎn)方式從手工業(yè)，機械化，自動化到智能化的新時代。近十年來 移動機器人的研究已經(jīng)十分活躍，其得到快速發(fā)展主要有兩個方面的原因其
一:移動機器人冇著廣泛的應用范圍，機器人不僅在工業(yè)上應用越來越廣，而且
正在社會服務(wù)，海洋開發(fā)，宇宙空間，地下礦藏，搶險救災，軍事等領(lǐng)域開拓 新應用，以代替人在其無法適應的環(huán)境下工作，這將極大地擴展人類的生活和 生產(chǎn)范圍。其二，與任何一門現(xiàn)代化技術(shù)分枝一樣，其中一個最直接的因素是 計算機技術(shù)的發(fā)展。計算機信息處理，存儲能力的提高，為移動機器人運行更 復雜的實時控制算法創(chuàng)造了條件。
同時智能控制作為一種與機器人技術(shù)關(guān)系緊密的研究方向也是越來越多的 被應用于工業(yè)，軍事，交通等領(lǐng)域。采用各種智能技術(shù)來實現(xiàn)復雜系統(tǒng)和其他 系統(tǒng)的控制目標，是一種具有強大生命力的新型自動控制技術(shù)。智能控制的產(chǎn) 生和發(fā)展正反映了當代自動控制以至整個科學技術(shù)的發(fā)展趨勢。智能控制已成 為自動控制發(fā)展道路上的一個新的里程碑，正發(fā)展為一種日趨成熟和日臻完善 的控制手段，并獲得日益廣泛的應用。
智能機器人的產(chǎn)生是對機器人技術(shù)和智能控制技術(shù)研究的必然結(jié)果，智能 控制方法提高了機器人的速度及精度，但是也有其自身的局限性，例如機器人
模糊控制中的規(guī)則庫如果很龐大，推理過程的時間就會過長；如果規(guī)則庫很簡 單，控制的精確性又會受到限制；無論是模糊控制還是變結(jié)構(gòu)控制，抖振現(xiàn)象 都會存在，這將給控制帶來嚴重的影響；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層數(shù)量和隱層內(nèi)神經(jīng)元 數(shù)的合理確定仍是目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制方面所遇到的問題，另外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)易陷 于局部極小值等問題，都是智能控制設(shè)計中要解決的問題，智能機器人的研究 目標并不是完全取代人，復雜的智能機器人系統(tǒng)僅僅依靠計算機來控制目前是 有一定困難的，即使可以做到，也由于缺乏對環(huán)境的適應能力而并不實用。智 能機器人系統(tǒng)還不能完全排斥人的作用，而是需要借助人機協(xié)調(diào)來實現(xiàn)系統(tǒng)控 制。因此，設(shè)計良好的控制系統(tǒng)就成為智能機器人研究的重點問題之一。智能 機器人技術(shù)的發(fā)展涉及到多個學科領(lǐng)域，如機械學、電子技術(shù)、控制理論、傳 感技術(shù)等等，這充分反映了一個國家的高技術(shù)水平，所以各國對智能機器人的 研究都是投入很大的精力和經(jīng)費。
隨著智能控制理論與方法的迅速發(fā)展，智能方法在移動機器人導航中得到 了廣泛應用。目前主要存在的智能算法主要有模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這些算法為移動機器人的研究開創(chuàng)了新的局面，使得移動機器人 能夠有著復雜的算法，但這些算法目前還是在理論層面的研究比較多。隨著時 代的發(fā)展，對實用性移動的機器人的需求越來越迫切，為此我們需要在一定理 論研究的基礎(chǔ)上，做應用性的嘗試。
糧食的安全儲藏是關(guān)系到國際民生的戰(zhàn)略大事，我國許多糧庫，由于還運 用80年代傳統(tǒng)的模擬方式和人工方式進行糧情監(jiān)控，不但費人費力，還經(jīng)常出
現(xiàn)誤報警，甚至斷點現(xiàn)象的出現(xiàn)，不能夠及時地給工作人員正確的糧情信息，
己經(jīng)嚴重的影響到日常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能巡檢機器小車，在一些人類無法到達的地
方比如礦下， 一些需要全天候監(jiān)控的地方比如糧庫，放置所述智能巡檢機器小
車，采集該環(huán)境下人類需要的溫度和濕度數(shù)據(jù)，人只需坐在電腦前便可以檢測 所需的數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案， 一種智能巡檢機器小車，包括帶行走輪和電 動機的小車和安裝于小車上的控制系統(tǒng)，小車上安裝有光電軌跡檢測器，用于 檢測小車的軌跡。
所述控制系統(tǒng)包括電機驅(qū)動模塊、軌跡采樣及邏輯控制模塊、通訊模塊、 紅外避障模塊、溫濕度檢測模塊；小車通過通訊模塊和上位機檢測系統(tǒng)進行通 訊。
所述光電軌跡檢測器的輸出連接所述軌跡采樣及邏輯控制模塊，所述軌跡 采樣及邏輯控制模塊根據(jù)檢測到的軌跡控制所述電機驅(qū)動模塊，通過簡易的碼 盤作為小車的反饋量。
所述電機驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動電動機工作，由電動機帶動行走輪轉(zhuǎn)動；所 述電動機的轉(zhuǎn)速通過通訊模塊發(fā)送至上位機檢測系統(tǒng)，所述上位機檢測系統(tǒng)根 據(jù)檢測到的電機轉(zhuǎn)速做反饋控制。
所述紅外避障模塊，通過紅外傳感器的檢測來進行避障，確保小車按要求 的路徑移動。
所述檢測系統(tǒng)以單片機為主要處理器，具有自動顯示功能和與上位機通信 的功能。
所述通訊模塊是一個無線發(fā)送模塊，將USB轉(zhuǎn)串口作為基本配置，通過單 片機實現(xiàn)UART通訊向無線通訊。
所述溫濕度檢測模塊包括數(shù)字溫度濕度傳感器SHTll芯片、AT89C51單片 機、MAX7219驅(qū)動芯片、兩片4位LED數(shù)碼顯示器和看門狗芯片MAX813L， 利用SHT11芯片實時檢測環(huán)境的溫度和濕度并通過SHT11芯片的I2C總線輸出 給AT89C51單片機進行計算處理，經(jīng)過AT89C51單片機計算處理過的溫度和濕 度值送到MAX7219驅(qū)動芯片并顯示在兩片4位，即8位LED數(shù)碼顯示器上， 同時所述溫度和濕度值通過單片機的串口發(fā)送到通訊模塊，再發(fā)送到上位機檢 測系統(tǒng)并顯示；所述上位機檢測系統(tǒng)將檢測到的溫度和濕度值與上位機數(shù)據(jù)庫 中的溫度和濕度值進行對比做出判斷。所述光電軌跡檢測器采用4路反射式光電采樣器。
所述上位機檢測系統(tǒng)修正溫濕度傳感器SHT11芯片所檢測到的環(huán)境濕度值 的公式為
紐"恥"+C2xSO冊+C3X對w
其中，i /4"，是修正后的濕度值，c,、 c2、 q是濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)，so^是測 量的分辨率，在不同的分辨率so皿下，，q作偏移量修正，q濕度作分辨率修正，
q作雙分辨率修正，參數(shù)取值為當SG冊是12比特時，c尸-4， C2=0.0405， C3=
-2.8X10-6;當SO冊是8比特時，C尸-4， C2=0.648， C3=-7.2X 10—4。
所述上位機檢測系統(tǒng)修正溫濕度傳感器SHT11芯片所檢測到的溫度值的公
式為
WA潔=(;，_ 25) x " + 2 x + / 仏證
其中，i /^，是修正后的溫度值，^、 ^是溫度修正系數(shù)，r。c是實際測得濕
度，d乍溫度偏移量修正，^作溫度分辨率修正，參數(shù)取值為當S^^是12比特
時，f尸O.Ol， ^=0.00008;當SO肌是8比特時，f尸O.Ol， 。=0連28。
所述機器小車上的電源在檢測過程中一直處于8V的供電狀態(tài)，經(jīng)電源轉(zhuǎn)換 模塊轉(zhuǎn)換成5V和3.3V的工作電壓，分別供給不同的用電模塊，以保證各用電模 塊之間的通信一直處于工作狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點是將機器小車應用于糧庫里防火，防酶，可以全天候的監(jiān) 測，避免人工消耗和人工的疏忽而導致火災從而產(chǎn)生重大損失。小車可以在糧 庫里自動避障和尋找路徑，自動巡邏，根據(jù)安裝的傳感器得到的數(shù)據(jù)來判斷是 否會引起火災，消除隱患，還可以根據(jù)環(huán)境濕度，來判斷糧食是否會發(fā)霉，同 時也可以去到人類無法到達的一些危險環(huán)境下，通過通信模塊將傳感器采集到 的信息送至計算機，并通過計算機處理和顯示。
本發(fā)明具有如下功能1、上位機和小車實現(xiàn)無線通信。2、環(huán)境溫度和濕 度檢測功能。3、紅外測距功能，主要用于配合避障功能。4、路徑尋優(yōu)功能， 可以尋找適合路徑來監(jiān)測糧庫的情況。


圖1為控制部分總體系統(tǒng)框圖。
圖2為軌跡采樣部分電路。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明通過光電軌跡檢測器，檢測小車的軌跡，根據(jù)檢測到的 軌跡通過軌跡采樣及邏輯控制部分來控制電機驅(qū)動模塊，通過簡易的碼盤作為 小車的反饋量來更好地控制電動機。
如圖2所示是光電軌跡檢測器包含的4路反射式光電采樣器電路中的一路。 采樣信號經(jīng)LMV358芯片緩沖后作背景光減除處理，之后放大送單片機AD轉(zhuǎn)換， 將AD結(jié)果轉(zhuǎn)換為是否在軌跡上的邏輯值，進行預處理，輸出軌跡偏移位置信息。 處理時先將采樣的模擬值轉(zhuǎn)換為邏輯值，之后將邏輯值轉(zhuǎn)換為一個關(guān)于位置的數(shù)值，送入上位機進行處理。
小車的控制系統(tǒng)包括電機驅(qū)動模塊、軌跡采樣及邏輯控制模塊、通訊模塊、 紅外避障模塊、溫濕度檢測模塊。
小車作為巡檢系統(tǒng)的載體，其路徑規(guī)劃，避障等功能都要通過控制模塊來 實現(xiàn)，其中電機驅(qū)動模塊、軌跡采樣及邏輯控制模塊均為獨立的單片機系統(tǒng)， 這樣設(shè)計主要出于
1、 單片機已十分便宜，可以像普通IC (集成電路)那樣使用。
2、 電機驅(qū)動邏輯比較簡單，但是實時性要求較高，所以獨立出來，編程較 為容易，便于上手。
3、 電機驅(qū)動部分通常會有較大的干擾，尤其是驅(qū)動普通的直流有刷電機， 電刷的火花干擾很強，單獨使用簡單、但抗干擾能力強的單片機可使系統(tǒng)更加 可靠。
4、 電機驅(qū)動部分獨立做成一個模塊后可以在以后自己的其它項目上使用， 增加投入的附加值，例如作為RCX的大功率電機驅(qū)動器。
5、 采用獨立的邏輯控制便于學習者掌握構(gòu)建復雜系統(tǒng)的能力，學會多模塊 協(xié)同工作時如何交換信息、如何協(xié)調(diào)。目前在控制上利用單獨的智能節(jié)點完成 單一任務(wù)，采用通訊方式將這些獨立節(jié)點組合實現(xiàn)復雜的功能是一個趨勢。
6、 采用獨立的邏輯控制模塊便于以后根據(jù)需要替換為其他單片機，這些新 的單片機通常都有成品模塊出售，具有完善的數(shù)字、模擬以及通訊接口，這樣 設(shè)計就十分容易接入。
所述電機驅(qū)動模塊硬件設(shè)計
電機驅(qū)動部分按設(shè)計要求應滿足以下的一些需求
1、 可驅(qū)動一個直流電機，驅(qū)動電壓范圍5 12V，電流10 20A;
2、 電機驅(qū)動要支持4種工作模式正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、慢走、制動；
3、 控制信號可接受UART (通用異步接收/發(fā)送裝置)、SPI控制，標準 的寬度l 2ms、周期20ms的PWM控制；
4、 可支持脈沖反饋，實現(xiàn)調(diào)速而非調(diào)功；
5、 可根據(jù)脈沖計數(shù)控制行走距離；
6、 可檢測轉(zhuǎn)動方向；
7、 支持第二路反饋的脈沖信號，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟蹤。
詳細硬件設(shè)計以STC12C54XX單片機為控制核心，該芯片具有4個通道的 PCA (可編程計數(shù)器/定時器數(shù)組)，可以方便的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速脈沖測量和方向判斷， 同時也便于接受PWM控制信號。同時此款單片機為1T的高速工作模式，可以使 用定時中斷控制MOSFET，因為需要實現(xiàn)4種電機工作模式，所以使用了4個I0 獨立控制H橋的4個MOSFET，不能使用簡單的PWM輸出控制。因為用4個IO獨 立控制，所以必須避免MOSFET出現(xiàn)短路，使用2塊4-2與非門構(gòu)成互鎖邏輯，保 證不出現(xiàn)同側(cè)上下MOSFET同時導通的情況。借此也可以隔離電機的噪聲對單 片機的影響。因為需要支持5 12V的電機工作電壓，而且互鎖邏輯輸出還差一級 反向，所以控制MOSFET使用雙極性三極管卯13，這樣可使用普通的MOSFET，便于購買。如果不使用卯13，則需要選用邏輯電平控制的MOSFET。在線路及 PCB的設(shè)計上，考慮MOSFET的雙管并聯(lián)工作，以便于日后需要提高驅(qū)動能力。 供給電機的電壓直接接MOSFET，同時經(jīng)穩(wěn)壓器SPX1117-3.3V穩(wěn)壓輸出后供單 片機和門電路，單片機選擇3V的，門電路選用74HCxx，這樣，電機的工作電壓 可以低到5V (4節(jié)充電電池)。
單片機硬件資源分配
P2.4-P2.7:用于驅(qū)動H橋。
PCA3:用于電機的PWM輸出，工作在定時器模式。 PCA2/P2.0:用于主測速脈沖輸入，工作在捕獲模式，邊沿觸發(fā)。 P2.h主脈沖輸入方向輔助輸入，用于判斷轉(zhuǎn)動的方向。 PCA1/P3.5:用于跟蹤脈沖輸入，工作在捕獲模式，邊沿觸發(fā)。 P3.4:跟蹤脈沖的輔助輸入，用于判斷方向。
PCA0/P3.7:用于PWM控制信號輸入，工作在捕獲模式，邊沿觸發(fā)。 P1.4-P1.7:用于SPI控制輸入。
P1.2、 P1.3、 P2.2、 P2.3、 INTO、 INT1:用于連接無線模塊PTR4000，以便 實現(xiàn)無線控制。
Pl.O、 Pl.l:保留作為ISP的控制口。 P3.0-P3.1:用于UART控制輸入。 Tl:用于產(chǎn)生UART的波特率。 TO:系統(tǒng)時基。
因為在硬件設(shè)計中，將電機驅(qū)動和邏輯控制分成了兩個獨立的模塊，所以 在軟件設(shè)計時也將分別設(shè)計。
電機驅(qū)動模塊軟件設(shè)計根據(jù)前面的硬件設(shè)計，電機驅(qū)動模塊可以獨立成為 一個智能的功率驅(qū)動器使用，在硬件的設(shè)計中考慮了可以支持多種控制信號， 使用串口控制方式，以下的軟件設(shè)計是基于這個前提的。
軟件要實現(xiàn)的功能
1、 接收并解析控制命令；
2、 使電機有良好的驅(qū)動特性，可正、反轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、有力；
3、 可靠的獲取轉(zhuǎn)速反饋信號；
4、 根據(jù)反饋信號使用有效的控制策略使電機達到所需的轉(zhuǎn)速；
5、 利用碼盤的反饋信號控制行走距離；
6、 可以根據(jù)命令實現(xiàn)電機的特殊運行狀態(tài)剎車、惰行。 在上述功能中，真正影響驅(qū)動器性能的是第二項(驅(qū)動特性)和第四項(控
制策略)。根據(jù)要實現(xiàn)的功能，軟件分為以下幾個部分
1、 命令接收解析。完成命令接收，命令內(nèi)容解析。
2、 電機PWM驅(qū)動。根據(jù)電機控制參數(shù)產(chǎn)生驅(qū)動信號，使電機進入期望的運 轉(zhuǎn)狀態(tài)。
3、 速度反饋。讀取碼盤信號，計算出速度數(shù)據(jù)，兼完成計數(shù)功能，實現(xiàn)行 走距離控制。
84、控制策略。根據(jù)命令給出的數(shù)據(jù)和反饋得到的數(shù)據(jù)計算出電機控制參數(shù)， 實現(xiàn)速度控制。
其中的控制策略是自動化工程中非常典型的和常見的PID控制。主要是通過 光電碼盤來測得電機轉(zhuǎn)速并作為反饋量。
所述軌跡采樣及邏輯控制模塊硬件設(shè)計由于尋跡小車邏輯不太復雜，所
以邏輯控制仍使用STC12C410AD單片機。實際上電機控制部分冃前并未用到AD 功能，主要是為了和邏輯控制部分統(tǒng)一，便于采購，所以均選用了帶AD的芯片。 該軌跡采樣及邏輯控制部分采集4路反射式光電采樣器，根據(jù)采樣信號輸出相應 的電機控制信號，實現(xiàn)走軌跡；通過串口輸出電機控制信號，并輸出標準的PWM (寬度l 2ms、周期20ms)電機控制信號；直接輸出兩個電機的H橋控制信號， 以便省去電機驅(qū)動控制，實現(xiàn)低成本的小車，或者用于提高編程的難度；支持 模擬輸入功能，可接GP2D12等模擬量輸出傳感器；提供一路PWM方式的DA轉(zhuǎn) 換輸出，以便作為RCX的輸入擴展模塊；其電源支持單節(jié)電池供電，以便于作 為獨立模塊使用。
所述RCX是一塊可編程積木，即課堂機器人(機器人指令系統(tǒng))的大腦。 它是整個用樂高積木、馬達、傳感器等組建搭建的機器人系統(tǒng)的中樞，就像大 腦一樣控制、指揮機器人的行為。
軌跡采樣模塊設(shè)計
軌跡采樣器為4個反射式光電采樣器，經(jīng)緩沖后作背景光減除處理，之后放 大送單片機AD轉(zhuǎn)換。此模塊完成
1、 采樣器的輸出AD轉(zhuǎn)換；
2、 將AD結(jié)果轉(zhuǎn)換為是否在軌跡上的邏輯值；
3、 進行預處理，輸出軌跡偏移位置信息。
處理時先將采樣的模擬值轉(zhuǎn)換為邏輯值，之后將邏輯值轉(zhuǎn)換為一個關(guān)于位 置的數(shù)值，送入上位機進行調(diào)試。
所述通訊模塊將USB轉(zhuǎn)串口作為基本配置，通過單片機來實現(xiàn)UART (通用 異歩接收/發(fā)送裝置)通訊向無線通訊。
所述紅外避障模塊的工作原理是小車在移動的過程中通過紅外傳感器探 測周圍障礙物信息，并經(jīng)單片機避障程序驅(qū)動電機，從而實現(xiàn)小車的避障功能。
所述溫濕度檢測模塊包括數(shù)字溫度濕度傳感器SHT11芯片、AT89C51單片 機、MAX7219驅(qū)動芯片、兩片4位LED數(shù)碼顯示器和看門狗芯片MAX813L， 利用SHT11芯片實時檢測環(huán)境的溫度和濕度并通過SHT11芯片的I2C總線輸出 給AT89C51單片機進行計算處理，經(jīng)過AT89C51單片機計算處理過的溫度和濕 度值送到MAX7219驅(qū)動芯片并顯示在兩片4位，即8位LED數(shù)碼顯示器上， 同時所述溫度和濕度值通過單片機的串口發(fā)送到通訊模塊，再發(fā)送到上位機檢 測系統(tǒng)并顯示；所述上位機檢測系統(tǒng)將檢測到的溫度和濕度值與上位機數(shù)據(jù)庫 中的溫度和濕度值進行對比做出判斷。
溫濕度檢測系統(tǒng)的主要器件及其功能
SHT11是瑞士 Sensirion公司推出的基于CMOSensTM技術(shù)的新型溫濕度傳感器。其性能特點有
1、 將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I力總線接口全部集成于
一芯片(CMOSensTM技術(shù))。
2、 可給出全校準相對濕度及溫度值輸出。
3、 帶有工業(yè)標準的I2C總線數(shù)字輸出接口 。
4、 具有露點值計算輸出功能。
5、 具有卓越的長期穩(wěn)定性。
6、 濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12 位和8位。
7、 小體積(7.65x5.08x23.5mm)，可表面貼裝。
8、 具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗功能。
9、 片內(nèi)裝載的校準系數(shù)可保證100%互換性。
10、 電源電壓范圍為2.4~5.5V。
11、 電流消耗，測量時為550uA,平均為28uA，休眠時為3uA。 MAX813L， MAX813L是美國MAXIM公司生產(chǎn)的微處理器專用監(jiān)控器，
具有看門狗，電壓檢測和上電復位等功能，可提高系統(tǒng)的可靠性和準確性。本 系統(tǒng)利用MAX813L作為看門狗使用，它可以有效的防止程序的"跑飛"，并自 動將系統(tǒng)恢復正常工作狀態(tài)。
MAX7219， MAX7219是美國MAXIM公司研制的緊湊型、串行輸入、串 行輸出、共陰極新型LED顯示驅(qū)動器。它一片芯片可以驅(qū)動多達8位7段LED 顯示器、條型圖形、或64個單個LED。其片內(nèi)有BCD譯碼器、多路復用掃描 電路、段和數(shù)字驅(qū)動器、以及存貯每個數(shù)字的8x8靜態(tài)RAM。所有LED的段 電流設(shè)定只需一個外部電阻來完成。這種LED驅(qū)動器有以下特點
1、 接口簡單，占用CPU的I/0 口線少，對外接口只有3根I/0 口線。
2、 個寄存器可以單獨被尋址和更新，不需要全部更新。
3、 允許用戶對每個顯示位是選擇BCD譯碼方式還是非譯碼方式進行定義。
4、 具有150A的低功耗停機方式。
5、 可以模擬和數(shù)據(jù)控制顯示的亮度。
6、 可以進行級連，最多可以級連8片MAX7219，驅(qū)動64個數(shù)碼管。 所述上位機檢測系統(tǒng)的功能是
1、 進行小車運動的仿真試驗。
2、 實時顯示小車運動狀態(tài)，環(huán)境情況等。
3、 對監(jiān)測到的歷史數(shù)據(jù)進行保存，以備查用。 系統(tǒng)主界面主要分為3個部分
1、 移動傳感器的實時顯示區(qū)。此區(qū)域的作用是進行移動小車實時運動和仿 真運動的圖像化顯示。圖中的圓形和矩形陰影部分表示障礙物，紅色原點表示 小車，藍色十字表示目的地。
2、 移動傳感器位置坐標區(qū)。此區(qū)域的作用是實時地顯示小車的位置坐標。
3、 監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示區(qū)。此區(qū)域的作用是實時地顯示小車監(jiān)測到的溫度、濕度等環(huán)境信息。
通信部分的上位機實現(xiàn)由于該小車的通信是用USB接口模擬的串口通信，
在用￥〔++進行串口通信時，采用MSComm控件來實現(xiàn)。在通信前首先要進行 串口的選擇。在串口成功打開后，就可以通過上位機讀出小車檢測到的溫度和 濕度并讀出當前電動機的轉(zhuǎn)速和更改期望速度了。
權(quán)利要求
1、智能巡檢機器小車，包括帶行走輪和電動機的小車和安裝于小車上的控制系統(tǒng)，其特征在于小車上安裝有光電軌跡檢測器，用于檢測小車的軌跡；所述控制系統(tǒng)包括電機驅(qū)動模塊、軌跡采樣及邏輯控制模塊、通訊模塊、紅外避障模塊、溫濕度檢測模塊；小車通過通訊模塊和上位機檢測系統(tǒng)進行通訊；所述光電軌跡檢測器的輸出連接所述軌跡采樣及邏輯控制模塊，所述軌跡采樣及邏輯控制模塊根據(jù)檢測到的軌跡控制所述電機驅(qū)動模塊，通過簡易的碼盤作為小車的反饋量；所述電機驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動電動機工作，由電動機帶動行走輪轉(zhuǎn)動；所述電動機的轉(zhuǎn)速通過通訊模塊發(fā)送至上位機檢測系統(tǒng)，所述上位機檢測系統(tǒng)根據(jù)檢測到的電機轉(zhuǎn)速做反饋控制；所述紅外避障模塊，通過紅外傳感器的檢測來進行避障，確保小車按要求的路徑移動；所述檢測系統(tǒng)以單片機為主要處理器，具有自動顯示功能和與上位機通信的功能；所述通訊模塊是一個無線發(fā)送模塊，將USB轉(zhuǎn)串口作為基本配置，通過單片機實現(xiàn)UART通訊向無線通訊；所述溫濕度檢測模塊包括數(shù)字溫度濕度傳感器SHT11芯片、AT89C51單片機、MAX7219驅(qū)動芯片、兩片4位LED數(shù)碼顯示器和看門狗芯片MAX813L，利用SHT11芯片實時檢測環(huán)境的溫度和濕度并通過SHT11芯片的I2C總線輸出給AT89C51單片機進行計算處理，經(jīng)過AT89C51單片機計算處理過的溫度和濕度值送到MAX7219驅(qū)動芯片并顯示在兩片4位，即8位LED數(shù)碼顯示器上，同時所述溫度和濕度值通過單片機的串口發(fā)送到通訊模塊，再發(fā)送到上位機檢測系統(tǒng)并顯示；所述上位機檢測系統(tǒng)將檢測到的溫度和濕度值與上位機數(shù)據(jù)庫中的溫度和濕度值進行對比做出判斷。
2、 如權(quán)利要求l所述的智能巡檢機器小車，其特征是所述光電軌跡檢測 器采用4路反射式光電采樣器。
3、 如權(quán)利要求l所述的智能巡檢機器小車，其特征是所述上位機檢測系 統(tǒng)修正溫濕度傳感器SHT11芯片所檢測到的環(huán)境濕度值的公式為碼野二q+C,做+ C3x4其中，i^/^，是修正后的濕度值，c。 c2、 c,是濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)，so^是測量的分辨率，在不同的分辨率so皿下，，q作偏移量修正，q濕度作分辨率修正，q作雙分辨率修正，參數(shù)取值為當W冊是12比特時，C尸-4， C2=0.0405， Cf -2.8X10-6;當SO肪是8比特時，C尸-4， C2=0.648， C3=-7.2X l(T4。
4、 如權(quán)利要求l所述的智能巡檢機器小車，其特征是所述上位機檢測系 統(tǒng)修正溫濕度傳感器SHT11芯片所檢測到的溫度值的公式為-2純+/2 "(9服)+叫膨其中，i /4^是修正后的溫度值，々、,2是溫度修正系數(shù)，7^是實際測得濕 度，A作溫度偏移量修正，^作溫度分辨率修正，參數(shù)取值為當^^是12比特時，0=0.01， /2=0.00008;當S^W是8比特時，f尸O.Ol， ^=0.00128。
5、如權(quán)利要求1所述的智能巡檢機器小車，其特征是所述機器小車上的 電源在檢測過程中一直處于8V的供電狀態(tài)，經(jīng)電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成5V和3.3V 的工作電壓，分別供給不同的用電模塊，以保證各用電模塊之間的通信一直處 于工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能巡檢機器小車，包括帶行走輪和電動機的小車和安裝于小車上的控制系統(tǒng)，小車上安裝有光電軌跡檢測器，所述控制系統(tǒng)包括電機驅(qū)動模塊、軌跡采樣及邏輯控制模塊、通訊模塊、紅外避障模塊、溫濕度檢測模塊；小車通過通訊模塊和上位機檢測系統(tǒng)進行通訊。其優(yōu)點是將機器小車應用于糧庫防火、防酶，可以全天候監(jiān)測，避免人工消耗和人工的疏忽而導致火災。小車可以在糧庫里自動避障和尋找路徑，自動巡邏，根據(jù)安裝的傳感器得到的數(shù)據(jù)來判斷是否會引起火災，消除隱患，還可以根據(jù)環(huán)境濕度，來判斷糧食是否會發(fā)霉，同時可以去到人類無法到達的一些危險環(huán)境下，通過通信模塊將傳感器采集到的信息送至計算機，并通過計算機處理和顯示。
文檔編號G01D21/02GK101430214SQ20081023558
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者力 彭, 朱建鴻, 超 李, 憲 王, 龍 趙, 爽 陸 申請人:江南大學