CN106092211A - 可遥控式环境智能检测车控制系统 - Google Patents

可遥控式环境智能检测车控制系统 Download PDF

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CN106092211A CN201610662506.8A CN201610662506A CN106092211A CN 106092211 A CN106092211 A CN 106092211A CN 201610662506 A CN201610662506 A CN 201610662506A CN 106092211 A CN106092211 A CN 106092211A
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安祺
翟红
殷庆纵
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Suzhou Institute of Industrial Technology
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    • G08C17/00Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明提供了一种可遥控式环境智能检测车控制系统包括:设置于小车上的小车控制板部分及用于遥控小车的遥控板部分,小车控制板部分包括:第一检测模块、第一无线通信模块、直流电机、电机驱动模块及第一单片机,第一单片机获取第一检测模块的监测数据,控制第一无线通信模块发送监测数据至第二单片机,以及根据接收到的遥控指令发送电机控制信号;遥控板部分包括:触控显示模块、第二无线通信模块及第二单片机,第二单片机根据需要控制显示模块显示监测数据,及根据所述触控命令控制发送遥控指令至第一单片机。本系统操作简便、数据精度高、人机交互界面人性化、结构简单、成本低廉,且检测、控制效果较优。

Description

可遥控式环境智能检测车控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及智能检测及无线遥控技术领域,特别涉及一种可遥控式环境智能检测车控制系统。
背景技术
[0002]在众多电子产品中,智能小车可以说是研究人员最为热衷的研究对象之一。其原因在于,智能小车涉及到的学科十分广泛,最基本的智能小车就涉及到了传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科。智能小车是一款功能多样,便于控制的综合电子设备,它是集成了环境感知、规划决策、自动控制等多种功能于一体的综合体。因此,智能小车又称为轮式移动机器人,是移动机器人的一种。对于智能小车的开发与研究,不仅让勘测工作变得简单化而且极大的提高了勘测工作的安全性。
[0003]但现有的智能小车往往不能同时满足对功能的全面性与智能小车的较低成本的要求。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种可遥控式环境智能检测车控制系统,以解决现有的智能小车存在的功能单一、结构复杂、成本较高的问题。
[0005]为实现上述目的,本发明提供了一种可遥控式环境智能检测车控制系统,包括:设置于小车上的小车控制板部分及用于遥控小车的遥控板部分,其中,所述小车控制板部分包括:
[0006]第一检测模块,用于获取对环境的监测数据;
[0007]第一无线通信模块,用于接收来自遥控板部分的遥控指令,并将所述遥控指令发送至第一单片机,以及发送所述监测数据至第二单片机;
[0008]直流电机,用于与检测车的机动装置相连,用于为机动装置提供运动的动力;
[0009]电机驱动模块,用于根据电机控制信号驱动所述直流电机;
[0010]第一单片机,用于获取所述监测数据,并控制所述第一无线通信模块发送监测数据至第二单片机,以及根据接收的遥控指令发送所述电机控制信号;
[0011]所述遥控板部分包括:
[0012]触控显示模块,用于显示所述监测数据及接收触控命令;
[0013]第二无线通信模块,用于接收来自小车控制板的监测数据,以及发送遥控指令至所述第一单片机;
[0014]第二单片机,用于根据需要控制所述触控显示模块显示监测数据,及根据所述触控命令发送遥控指令至所述第一单片机。
[0015]较佳地,所述第一检测模块包括:火焰检测电路,用于检测是否有火焰存在,当有火焰存在时输出电平切换信号至所述第一单片机;
[0016]红外壁障电路,用于检测是否有壁障存在,当有壁障存在时输出电平切换信号至所述第一单片机。
[0017]较佳地,所述第一检测模块还包括:有害气体浓度检测电路,用于获取当前检测范围内的有害气体的浓度数据。
[0018] 较佳地,所述遥控板部分还包括:温湿度检测电路,用于获取当前遥控范围内的温度数据和湿度数据。
[0019]较佳地,所述小车控制板还包括液晶显示电路,用于在第一单片机的控制下显示监测数据及提示消息。
[0020]较佳地,所述小车控制板还包括发光电路,所述发光电路包括左前灯、右前灯及警告灯,分别用于在第一单片机的控制下进行左前方向、右前方向的指示以及警告。
[0021 ]较佳地,所述左前灯、右前灯及警告灯分别由2个并联的草帽型LED灯构成。
[0022]较佳地,所述遥控板还包括:与所述第二单片机相连的蜂鸣报警电路,所述蜂鸣报警电路包括无源蜂鸣器及NPN型三极管,所述无源蜂鸣器与所述NPN型三极管的发射极相连,所述NPN型三极管的基极与所述第一单片机的报警信号输出端相连。
[0023]对于当下具有广泛应用前景的智能小车,将其制作成能够进行环境检测、实现无线控制和数据传输的环境检测装置,通过可触摸的彩屏来进行小车运动状态的控制和无线传输的数据显示,能够很有效的帮助勘测者避免因环境因素造成的人员伤害。
[0024]与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0025] (I)设计了操作简便、数据精度高、人机交互界面人性化的检测车;
[0026] (2)设计了专门用于检测有害气体浓度和周围环境温湿度的电路及程序控制;
[0027] (3)本发明结构简单、成本低廉,且检测、控制效果较优。
附图说明
[0028]图1为本发明优先实施例的可遥控式环境智能检测车控制系统组成示意图;
[0029]图2为本发明优先实施例的无线通信模块电路原理图;
[0030]图3为本发明优先实施例的电机驱动模块电路原理图;
[0031 ]图4为本发明优先实施例的温湿度检测电路的原理图;
[0032]图5为本发明优先实施例的液晶显示电路的原理图;
[0033]图6为本发明优先实施例的有害气体浓度检测电路的原理图;
[0034]图7为本发明优先实施例的触控显示模块的电路原理图;
[0035]图8为本发明优先实施例的发光电路的原理图;
[0036]图9为本发明优先实施例的蜂鸣报警电路的原理图。
具体实施方式
[0037]为更好地说明本发明,兹以若干优选实施例,并配合附图对本发明作详细说明,具体如下:
[0038]本实施例提供的可遥控式环境智能检测车控制系统,包括小车控制板部分10及遥控板部分20,其中,小车控制板部分10设置于小车上,而遥控板部分20用于与小车控制板部分10进行通信以遥控小车。
[0039]具体地,参见图1,小车控制板部分10包括:
[0040]第一检测模块11,用于获取对环境的监测数据;
[0041 ]第一无线通信模块12,用于接收来自遥控板部分的遥控指令,并将所述遥控指令发送至第一单片机15,以及发送所述监测数据至第二单片机23;
[0042]直流电机13,用于与检测车的机动装置相连,用于为机动装置提供运动的动力;
[0043]电机驱动模块14,用于根据电机控制信号驱动所述直流电机;
[0044]第一单片机15,用于获取所述监测数据,并控制第一无线通信模块12发送监测数据至第二单片机,以及根据所述遥控指令发送电机控制信号。
[0045]其中,上述的第一检测模块11具体包括:火焰检测电路111,用于检测是否有火焰存在,当有火焰存在时输出电平切换信号至所述第一单片机;红外壁障电路112,用于检测是否有壁障存在,当有壁障存在时输出电平切换信号至所述第一单片机。有害气体浓度检测电路113,用于获取当前检测范围内的有害气体的浓度数据。
[0046] 而小车控制板部分10还包括:液晶显示电路16,用于在第一单片机15的控制下显示监测数据及提示消息;发光电路17,发光电路17包括左前灯、右前灯及警告灯,分别用于在第一单片机的控制下进行左前方向、右前方向的指示以及警告。
[0047]而遥控板部分20包括:
[0048]触控显示模块21,用于显示所述监测数据及接收触控命令;
[0049]第二无线通信模块22,用于接收来自小车控制板部分的监测数据,以及发送遥控指令至第一单片机15;
[0050]第二单片机23,用于根据需要控制触控显示模块21显示监测数据,及根据所述触控命令控制发送遥控指令至第一单片机15。
[0051] 还包括,温湿度检测电路24,用于获取遥控范围内的当前遥控板部分所在处的温度数据和湿度数据;以及与第二单片机23相连的蜂鸣报警电路25,用于在第二单片机23的控制下进行报警。
[0052]具体地,火焰检测电路111与红外壁障电路112中分别包括火焰检测传感器及红外壁障检测传感器,且电路中都包括了 LM393比较运算放大器,不同点仅在于检测传感器的不同。LM393的一个输入比较引脚连接传感器,另一个输入比较引脚和一个可调电阻串联。当传感器的输出电压高于可调电阻输出的电压时LM393的输出引脚就会变为低电平否则为高电平。如此,两电路模块的DC输出引脚分别直接与单片机对应的引脚串联即可,单片机即可跟进来自两传感器的信号判断是否有火焰存在以及是否有壁障存在。通过使用红外传感器模块和火焰检测模块既能够保障小车在使用的过程中避免一些不确定因素导致的碰撞或者是烧焦,又能够简便使用者在控制过程中的操作,同时还能够及时的提醒使用者前方是否存在火焰。
[0053]本实施例中的第一单片机及第二单片机均为ATmegaie型号单片机,其为一种基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器,由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,其数据吞吐率搞到lMIPS/MHz,从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
[0054]具体地,如图2所示,本实施例中的第一无线通信模块12与第二无线通信模块22均采用工作在2.4GHz〜2.5GHz的单片无线收发器芯片NFR24L01,并辅以外围电路,其与单片机相连。NFR24L01芯片配合着它的外围电路,通过单片机去选择它的工作状态再将数据通过SPI协议传输,再由它来将数据激发出去或者是将同静态工作码的数据接收。由于AVR单片机I/O口输出电流达20mA,而NRF24L01引脚驱动电流一般为10mA,因此连接时需串联一个2K电阻进行分压。除此之外,由于本实施例中选用的AVR单片机(第一单片机、第二单片机)有着硬件上的SPI通信接口,所以在单片机与NRF24L01模块连接时直接将模块上的SPI引脚与单片机的SPI引脚(具有硬件SPI协议的引脚)连接。本实施例中还可通过单片机的程序不断的去调节NRF24L01无线通讯模块的工作方式,这样本来只能够用作单一接收或发送的模块能够成为一个通信良好的半双工无线通信模块。
[0055]本实施例中的电机驱动模块14及直流电机13具体如图3所示,其中,直流电机13包括设置于小车车轮处的Ml、M2、M3及M4,其分别接收来自电机驱动模块14的M0T0R1〜M0T0R2信号,以在该些信号的控制下调节转速及转向;电机驱动模块14的INl〜IN4与第一单片机的1\0 口相连,根据第一单片机的控制信号进而输出的M0T0R1〜M0T0R2信号以分别控制各个直流电机。即电机驱动模块串联在直流电机与单片机的PWM输出引脚及任意控制引脚之间,从而实现PWM信号和电机控制信号输入电机驱动模块。其中,本实施例中采用了芯片L298N进行与第一单片机的连接,并通过该芯片L298N根据第一单片机的控制信号调整对应端口输出的高低电平就能够实现对电机转向的控制。而在对电机转速的控制上是通过16位的Tl定时器产生PWM信号然后送入调速端EN A、EN B进而控制高电平的占空比从而实现对电机转速的控制。除此之外,该驱动模块的电路中还包含了一个输出电流最大能够达到3A的降压开关型集成稳压芯片LM2596。当外围供电电压超过7V时该稳压芯片的FEEDBACK输出端口将会输出+5V的电压供给小车的整个系统使用,且输出电流最大能够达到2A;当外围输入电压为5V时,该端口只能输出同大小的电压给小车的整个系统使用。通过控制与L298N输入引脚连接的单片机引脚从而实现对L298N输出引脚高低电平及高电平时许时间的控制。该方案可充分的利用电机驱动模块的功能,将高于7V的电源输入到电机驱动模块内,从而能够使用电机驱动模块输出的5V电压作为小车自身整个系统的供电电源,并且此电源的电流能够达到2A能够给小车自身的电路板提供足够的功率。
[0056]如图4所示,温湿度检测电路24主要采用了单总线型元器件DHTll,并辅以外围电路,其湿度测量范围在20-90%之间,温度测量范围在O〜50°C之间的传感器。这种温湿度传感器是已校准数字信号输出的温湿度符合传感器,具有超快响应、抗干扰能力强的优点。其连接电路图十分简单,又由于选用的ATmegaie型号单片机I/O口驱动能强,因此只需将DHTll数据引脚与单片机I/O口直接连接。工作时,其检测到的温度数据及湿度数据通过数据引脚端输出至第二单片机。通过使用DHTll这一温湿度检测传感器能够更有效的提高使用者对环境检测的误差、精度分析。
[0057] 如图5所示,本实施例中的液晶显示电路15包括一 LCD12864液晶芯片及其外围电路,IXD12864液晶芯片包含了一个自带8192个中文汉字、128个字符和64*256点阵显示RAM,RAM中数据可直接在程序的数据传输位写入相应的字符就能在液晶中显示出来。LCD12864与ATmegaie单片机为串行连接,以进行串行通信,具体地,该液晶芯片的信号输入端与第一单片机15的任意一个I\0 口连接,复位端口和PSW工作方式选择端口接5V高电平,禁止液晶复位并选用串联方式工作,即可实现在第一单片机15的控制线对监测数据和提示语的显示功能。通过在小车自身装配一个可供显示数据的LCD12864能够更有效的来提醒周围人员当下环境中有害气体的浓度,以提供检测人员工作的安全性。
[0058]如图6所示,本实施例中的有害气体浓度检测电路113包括了一个MQ-5气敏传感器,通过使用单片机内部的10位AD转换器读取该传感器的输出端电压值。通过将MQ-5模块的AO输出端直接与单片机的ADCO端口相连接,由于选用的单片机内部有着一个12位的ADC模数转换外设。气体浓度传感器模块是通过使用单片内部的AD采样功能来直接读取模块中MQ-5在工作时的输出端电压,通过单片机进行简单的运算和比较来更为精确的测量出周围环境中有害气体的浓度数据,从而能够使得使用者更加明确所处环境的状况。因此,在实际工作过程中,只需通过程序选用该端口的ADC转换功能然后直接读取数据再将数据转换为16进制的码进行传输与比较即可。
[0059]如图7所示,本实施例中的触控显示模块21包括一2.4TFT芯片,2.4寸可触摸彩屏显示模块包括了一个ILI9325的驱动芯片,通过对该芯片进行控制或读取该芯片的数据来实现对液晶显示的控制或者是触摸位置信息的读取。该TFT构成的触控显示模块的电路与LCD12864采用并联连接的电路类似,但由于还要通过触摸彩屏进行控制数据传输,而并非简单用作显示,因此需要将液晶触摸控制端与单片机连接。需要注意的是此处所有端口的连接都需要加上一个4.7K〜1K的上拉电阻,从而增强单片机的I \0 口驱动能力。通过使用可触摸的彩屏显示模块能够简化使用者的操作并且能够简化复杂的电路控制。除此之外,使用彩屏能够将数据更为人性化、客观化的通过不同颜色、不同图形显示出来,方便了使用者对数据的读取和设置。
[0060]如图8所示,本实施例中的小车带有着很多的功能性电路,除了检测、显示、无线通信等,在细节上还有发光电路,该发光电路具体包括左前灯、右前灯、警告灯这三种灯以及对应的灯光控制电路,分别用于在第一单片机的控制下进行左前方向、右前方向的指示以及警告。本实施例中的左前灯、右前灯及警告灯分别由2个并联的草帽型LED灯构成。在电路中使用的为不同颜色的草帽型发光二极管,这种发光二极管的照明度高,并且照明范围更广。前光灯用的是橙黄色的草帽型LED灯而警告灯用的是红色的草帽型LED灯。由于本实施例中选用的单片机自身驱动能力较强,能够直接驱动继电器工作,所以在电路连接中只需串联一个IK的电阻就能通过一个1\0 口驱动两个LED灯管发光工作。本实施例中可通过使用红色和黄色的LED放光二极管来发出2Hz闪烁的光信号提示周围的人们前方存在火焰。
[0061]如图9所示,为本实施例的控制板上的蜂鸣报警电路25,该电路的主要是用于提醒用户相关检测指标高于预设值。其主要的构成元器件有:无源蜂鸣器、NPN型三极管。具体地,该蜂鸣报警电路25包括无源蜂鸣器及NPN型三极管,所述无源蜂鸣器与所述NPN型三极管的发射极相连,所述NPN型三极管的基极与所述第一单片机的报警信号输出端相连。
[0062]本实施例的可遥控式环境智能检测车控制系统通过上述的单片机控制电机驱动模块、无线通讯模块、红外避障电路模块、火焰检测电路模块、有害气体检测模块、温湿度检测传感器、IXD12864液晶显示模块和2.4寸可触摸彩屏显示模块,将测得的温湿度和有害气体浓度数据与设定值比较,并通过单片机控制蜂鸣器报警电路从而实现检测数据超过警戒值报警的功能。
[0063]本发明对各部分电路模块的具体元器件的具体型号不做限制,可以根据实际需要进行选择,不限于附图中示出的元器件型号。
[0064]以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,对本发明所做的变形或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种可遥控式环境智能检测车控制系统,其特征在于,包括:设置于小车上的小车控制板部分及用于遥控小车的遥控板部分,其中,所述小车控制板部分包括: 第一检测模块,用于获取对环境的监测数据; 第一无线通信模块,用于接收来自遥控板部分的遥控指令,并将所述遥控指令发送至第一单片机,以及发送所述监测数据至第二单片机; 直流电机,用于与检测车的机动装置相连,用于为机动装置提供运动的动力; 电机驱动模块,用于根据电机控制信号驱动所述直流电机; 第一单片机,用于获取所述监测数据,并控制所述第一无线通信模块发送监测数据至第二单片机,以及根据接收的遥控指令发送所述电机控制信号; 所述遥控板部分包括: 触控显示模块,用于显示所述监测数据及接收触控命令; 第二无线通信模块,用于接收来自小车控制板部分的监测数据,以及发送遥控指令至所述第一单片机; 第二单片机,用于根据需要控制所述触控显示模块显示监测数据,及根据所述触控命令发送遥控指令至所述第一单片机。
2.根据权利要求1所述的可遥控式环境智能检测车控制系统,其特征在于,所述第一检测模块包括:火焰检测电路,用于检测是否有火焰存在,当有火焰存在时输出电平切换信号至所述第一单片机; 红外壁障电路,用于检测是否有壁障存在,当有壁障存在时输出电平切换信号至所述第一单片机。
3.根据权利要求1或2所述的可遥控式环境智能检测车控制系统,其特征在于,所述第一检测模块还包括:有害气体浓度检测电路,用于获取当前检测范围内的有害气体的浓度数据。
4.根据权利要求1所述的可遥控式环境智能检测车控制系统,其特征在于,所述遥控板部分还包括:温湿度检测电路,用于获取当前遥控范围内的温度数据和湿度数据。
5.根据权利要求1所述的可遥控式环境智能检测车控制系统,其特征在于,所述小车控制板部分还包括液晶显示电路,用于在第一单片机的控制下显示监测数据及提示消息。
6.根据权利要求1所述的可遥控式环境智能检测车控制系统,其特征在于,所述小车控制板部分还包括发光电路,所述发光电路包括左前灯、右前灯及警告灯,分别用于在第一单片机的控制下进行左前方向、右前方向的指示以及警告。
7.根据权利要求6所述的可遥控式环境智能检测车控制系统,其特征在于,所述左前灯、右前灯及警告灯分别由2个并联的草帽型LED灯构成。
8.根据权利要求1所述的可遥控式环境智能检测车控制系统,其特征在于,所述遥控板部分还包括:与所述第二单片机相连的蜂鸣报警电路,所述蜂鸣报警电路包括无源蜂鸣器及NPN型三极管,所述无源蜂鸣器与所述NPN型三极管的发射极相连,所述NPN型三极管的基极与所述第一单片机的报警信号输出端相连。
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