CN106980119B - 室内自定位监测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了室内自定位监测平台，包括车载底盘，车载底盘上设有参数采集模块、摄像机模块、电源管理模块、驱动管理模块及无线通信模块，参数采集模块、摄像机模块、电源管理模块、驱动管理模块及无线通信模块都与控制主板通信；车载底盘还设有声波发射装置和声学接收装置，声学接收装置与头部控制装置和耳朵运动控制装置都相连，头部控制装置模拟头部运动，耳朵运动控制装置控制声学接收装置的运动以模拟动物外耳的运动，通过回声进行自定位。该平台通过车载底盘作为各种设备仪器的载体及行走装置，通过动物声音特性模拟器进行平台系统的回声定位，检测平台方位、位置等信息；摄像机模块实时采集行走路径的图像。

Description

室内自定位监测平台

技术领域

本发明涉及监测技术领域，尤其涉及室内自定位监测平台。

背景技术

现代农业中，为加快农作物的生长，达到优质、高产的目的，需对温室的环境进行监测，进而结合农作物的生长规律，控制温室内的环境，实现对温室内环境的调控，这就是温室环境控制技术。近年来，我国的设施农业迅猛发展，智能控制系统，无线监控系统在温室大棚中的应用也越来越普遍。无线传感器网络传输数据解决了传统有线传输数据布线难，扩展不方便等劣势。另一方面，现代工业天线技术虽然发展比较成熟，但在灵敏度、抗干扰能力、能耗、工作效率等方面不尽如意。为了优化现有工业天线性能，加强监测平台的定位灵敏度、抗干扰能力，利用回声定位功能的蝙蝠的耳部，其由外耳、中耳、内耳构成。外耳包括耳廓、外耳道和鼓膜。耳廓的形状有利于声波能量的聚集、收集声音，还可以判断声源的位置。目前对于动物外耳接收超声波的研究尚处于机理研究阶段，人工外耳接收装置也很不完善，无法达到动物的声波接收效果，因此急需相应的装置完成接收声波的模拟，通过控制相关器件的运动实现动物外耳接收的模拟、分析和研究。

因此，本发明提出一种室内自定位监测平台，结合动物声音特性模拟器和智能车载探测平台，通过运用动物外耳或模拟耳部，进行回声定位，检测平台方位、位置等信息，实现在各种环境下随时参数监测以及耳部和头部精确的运动控制和模拟。对促进动物发声、声波接收机理、回声定位研究，以及提高采集数据的质量有重要作用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种室内自定位监测平台，能够安装模拟动物外耳或者真实动物外耳，采用自行走及自导航机器人技术作为环境参数采集传感器以及动物声音特性模拟器的载体，通过动物声音特性模拟器进行平台系统的回声定位。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

室内自定位监测平台，包括车载底盘，所述车载底盘上设有参数采集模块、摄像机模块、电源管理模块、驱动管理模块及无线通信模块，所述参数采集模块、摄像机模块、电源管理模块、驱动管理模块及无线通信模块都与控制主板通信；

所述车载底盘还设有声波发射装置和声学接收装置，所述声学接收装置与头部控制装置和耳朵运动控制装置都相连，所述头部控制装置模拟头部运动，所述耳朵运动控制装置控制声学接收装置的运动以模拟动物外耳的运动，所述头部控制装置、耳朵运动控制装置及声学接收装置都与控制器连接，通过回声进行自定位。

所述头部控制装置包括第一双舵机双轴系统云台和直线运动装置，所述第一双舵机双轴系统云台和直线运动装置都与控制器连接，第一双舵机双轴系统云台的两侧各连接所述声学接收装置；所述直线运动装置带动所述第一双舵机双轴系统云台做直线运动。

所述直线运动装置包括设置在所述车载底盘上的导轨，所述导轨上设有齿条，齿条上连接所述耳朵运动控制装置，伺服旋转电机通过转动齿轮带动齿条做直线运动；所述伺服旋转电机与所述控制器连接。

所述声学接收装置包括耳部安装底座，所述耳部安装底座安装在所述耳朵运动控制装置上，所述耳部安装底座上安装有根部信号接收器，所述耳部安装底座上安装有模拟外耳，根部接收器接收模拟外耳发生形变时的物理信号，所述根部接收器与所述控制器连接。

所述耳朵运动控制装置包括第二双舵机双轴系统云台，所述第二双舵机双轴系统云台设置在所述头部控制装置上，所述第二双舵机双轴系统云台上设有第一连杆，所述连杆的顶部与所述模拟外耳的上部连接；第二双舵机双轴系统云台上还设有支架，支架上设有伺服直线电机，伺服直线电机通过第二连杆连接所述模拟外耳的中部。

所述第一连杆为L型连杆。

所述控制主板与小车控制APP通信，通过小车控制APP实现所述监测平台的运动控制。

所述车载底盘采用二驱履带式车载底盘。

所述驱动管理模块四桥双电机驱动模块，支持电机电压7-24V。

所述参数采集模块包括温湿度传感器、光照度传感器及二氧化碳浓度传感器，实现对现场参数的采集。

本发明的有益效果：

(1)实现自动行走和导航，可以不需要人工干预，实现巡航；

(2)实现定路径、定点参数采集；

(3)实现温湿度、二氧化碳浓度、光照度等参数的实时监测；

(4)采用无线通信技术，实现与后台管理系统的实时图像、数据传输；

(5)可以通过后台管理系统实现人工控制；

(6)电量不足时返回自动充电功能。

(7)实现动物头部和耳朵运动的模拟，可实现发声位置的变化模拟。

(8)可克服动物耳朵声学特性研究过程中无法主动控制动物头部和耳部运动的困难；

(9)可实现耳部和头部精确的运动控制和模拟，尤其是耳部的复杂空间运动。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2(a)为本发明的外部俯视外观图；

图2(b)为本发明的内部剖视结构图；

图2(c)为本发明的正视图；

图2(d)为本发明的侧视图；

其中：1履带，2参数采集模块，3摄像机模块，4车载底盘，5电源管理模块，6驱动管理模块，7充电插座，8无线接收装置，9控制主板，10无线通信模块，11车灯，12提携手柄，13耳部安装底座，14根部接收器，15模拟外耳，16耳部连接螺丝，17耳部上端连接头，18L型连杆，19第一双舵机双轴系统云台，20第二连杆，21位移传感器，22伺服直线电机，23支架，24第二双舵机双轴系统云台，25齿条，26伺服旋转电机，27导轨。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

室内自定位监测平台，分为上下两个装置组合而成。

本装置可以安装模拟动物外耳或者真实动物外耳，采用自行走及自导航机器人技术作为环境参数采集传感器以及动物声音特性模拟器的载体，通过动物声音特性模拟器进行平台系统的回声定位，检测平台方位、位置等信息；摄像机模块实时采集行走路径的图像，通过图像、方位、位置等信息的处理，实现道路及障碍物判断、自动行走以及在各种环境下随时参数监测，提高采集数据的质量有重要作用。

如图1所示，智能车载环境参数采集平台位于装置下面，包括车载底盘4、摄像机模块3、参数采集模块2、控制主板9、底盘驱动模块6、电源管理模块5、无线通信模块10组成。

车载底盘4作为各种设备仪器的载体及行走装置，通过预先下载的小车控制APP可以控制小车前进后退、调速以及读取环境探测参数。

如图2(a)-图2(d)所示，动物外耳声音特性模拟器位于装置上面，包括底座、声波发射装置、声学接收装置、头部控制装置、耳朵运动控制装置及控制器。

声波发射装置产生信号，引起模拟外耳的物理形变，声学接收装置用来测量模拟外耳接收的信号，耳朵运动控制装置、头部控制装置控制耳部与头部的运动模拟。

所述车载底盘4，采用二驱履带式车载底盘4，该底盘具有载重量大，行驶稳定，越障性强等特点；履带1选用锌合金材料，相较于其他材料，成本低，坚固且耐腐蚀，能满足在稍恶劣的环境中的运行。

车载底盘4上设有充电插座7，为电池充电。车载底盘4的前面设有车灯11，两侧设有提携手柄12。

所述摄像机模块3，采用高清摄像头，利用双舵机构建双轴系统实现二自由度，并可根据需要自动或遥控调整摄像头角度。

所述参数采集模块2，使用温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳浓度传感器实现对现场参数的采集。

所述控制主板9，采用Arduino控制主板，嵌入式开源操作系统，提高系统的开放性及二次开发性，实现图像实时处理、平台运动姿态控制、参数实时采集及通信控制等功能，控制主板22是车载平台的大脑。

所述底盘驱动模块6，是四桥双电机驱动模块，支持电机电压7-24V，并有欠压保护功能，当电池电量不足时，会自动停止电机运转，起到保护电源的作用。具有双路电机接口，每路额定输出电流7A，控制信号与L298N电机驱动芯片逻辑相似，每路都支持三线控制使能、正反转及制动；使能信号由控制主板22输出不同占空比的PWM波形控制电机的转速和转向，正反转控制信号可串联限位开关。控制信号使用灌电流驱动方式，支持绝大多数单片机直接驱动；使用光耦对全部控制信号进行隔离，并有静电泄放回路，有效保证了控制电路的安全。

所述电源管理模块5，电源采用高容量锂电池，电池寿命长，主要实现电池的充放电管理，并且平台可实现电量不足时自返回充电功能。标准电压：12V额定容量：2200MAH工作电流：不超过5A充电：恒流恒压12.6V。

所述无线通信模块10，由无线接收装置8接收信号，选用WIFI，运行linux系统，可长期稳定运行。采用2个1x19 2.0mm镀金排针接口，可非常稳定的固定在底板上。该模块预置工作室open wrt固件，适配工作室各系列驱动板，实现视频传输及指令双向传输功能。具有体积小、功耗低、发热量小，wifi、网口传输性能稳定的特点，可以满足视频传输的带宽要求。

所述声学接收装置，由根部信号接收器14与耳部安装底座13组成。其中，模拟外耳15连接在耳部安装底座13上，根部接收器14用来接收耳朵发生的形变时的物理信号。

所述头部控制装置，由第一双舵机双轴系统云台19、导线、直线运动装置组成。其中直线运动装置由伺服旋转电机26、齿轮、齿条25、导轨27组成，控制头部的直线运动，当开始伺服旋转电机26时，通过转动齿轮，并带动齿条25进行前进后退的直线运动，齿条25位于导轨27上，双舵机构建双轴系统云台实现头部的二自由度运动并与控制器导线相连。其上连接两个真实外耳或模拟外耳15，其下可连接头部，用来模拟动物的外耳部分并控制头部运动。第一双舵机双轴系统云台19用来进行水平和垂直两个方向转动。

所述耳朵运动控制装置，由伺服直线电机22、第二连杆20、支架23、第二双舵机双轴系统云台24、位移传感器21组成。其中，模拟外耳中部有连接螺丝16，螺丝16连接第二连杆20与伺服直线电机22相连，当开始伺服直线电机22时，通过第二连杆20，来使耳部进行后退运动。其上有位移传感器21。用来测量耳朵后退运动所产生的位移。外耳上部有连接头17，通过L型连杆18与第二双舵机双轴系统云台24相连，第二双舵机双轴系统云台24用来控制耳朵尖部牵动。

所述控制器，其与伺服直线电机22，伺服旋转电机26，第一双舵机双轴系统云台19、第二双舵机双轴系统云台24连接。用来控制实现耳部和头部精确的运动控制和模拟，尤其是耳部的复杂空间运动。

该平台通过车载底盘作为各种设备仪器的载体及行走装置，通过动物声音特性模拟器进行平台系统的回声定位，检测平台方位、位置等信息；摄像机模块实时采集行走路径的图像。通过图像、方位、位置等信息的处理，实现道路及障碍物判断、自动行走以及在各种环境下随时参数监测，底盘驱动模块用来实现车载底盘的前进、后退及转向控制；电源管理模块实现对车载电源的充放电管理；通信模块是车载平台与后台软件实现数据通信的媒介。智能手机预先下载小车控制APP可以控制小车前进后退以及调速。动物声音特性模拟器进行平台的回声定位。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.室内自定位监测平台，其特征是，包括车载底盘，所述车载底盘上设有参数采集模块、摄像机模块、电源管理模块、驱动管理模块及无线通信模块，所述参数采集模块、摄像机模块、电源管理模块、驱动管理模块及无线通信模块都与控制主板通信；

所述车载底盘还设有声波发射装置和声学接收装置，所述声学接收装置与头部控制装置和耳朵运动控制装置都相连，所述头部控制装置模拟头部运动，所述耳朵运动控制装置控制声学接收装置的运动以模拟动物外耳的运动，所述头部控制装置、耳朵运动控制装置及声学接收装置都与控制器连接，通过回声进行自定位；

所述头部控制装置包括第一双舵机双轴系统云台和直线运动装置，所述第一双舵机双轴系统云台和直线运动装置都与控制器连接，第一双舵机双轴系统云台的两侧各连接所述声学接收装置；所述直线运动装置带动所述第一双舵机双轴系统云台做直线运动；

所述声学接收装置包括耳部安装底座，所述耳部安装底座安装在所述耳朵运动控制装置上，所述耳部安装底座上安装有根部信号接收器，所述耳部安装底座上安装有模拟外耳，根部接收器接收模拟外耳发生形变时的物理信号，所述根部接收器与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述室内自定位监测平台，其特征是，所述直线运动装置包括设置在所述车载底盘上的导轨，所述导轨上设有齿条，齿条上连接所述耳朵运动控制装置，伺服旋转电机通过转动齿轮带动齿条做直线运动；所述伺服旋转电机与所述控制器连接。

3.如权利要求1所述室内自定位监测平台，其特征是，所述耳朵运动控制装置包括第二双舵机双轴系统云台，所述第二双舵机双轴系统云台设置在所述头部控制装置上，所述第二双舵机双轴系统云台上设有第一连杆，所述连杆的顶部与所述模拟外耳的上部连接；第二双舵机双轴系统云台上还设有支架，支架上设有伺服直线电机，伺服直线电机通过第二连杆连接所述模拟外耳的中部。

4.如权利要求3所述室内自定位监测平台，其特征是，所述第一连杆为L型连杆。

5.如权利要求1所述室内自定位监测平台，其特征是，所述控制主板与小车控制APP通信，通过小车控制APP实现所述监测平台的运动控制。

6.如权利要求1所述室内自定位监测平台，其特征是，所述车载底盘采用二驱履带式车载底盘。

7.如权利要求1所述室内自定位监测平台，其特征是，所述驱动管理模块四桥双电机驱动模块，支持电机电压7-24V。

8.如权利要求1所述室内自定位监测平台，其特征是，所述参数采集模块包括温湿度传感器、光照度传感器及二氧化碳浓度传感器，实现对现场参数的采集。