CN106990784B - 一种用于监测控制救援无人车的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人自动控制技术领域，一种用于监测控制救援无人车的系统及其方法，其中系统包括环境数据服务器、监测与控制软件平台、基站无线通信模块及救援无人车，所述救援无人车包括MCU主控模块、电机驱动模块、三轴姿态传感器、速度传感器模块、摄像头模块、电池容量传感器、气体传感器、红外传感器、测距传感器、温度传感器、车载无线通信模块及GPRS无线传输模块。本发明中的救援无人车只负责上传数据和接收指令，减少了救援无人车处理环境数据的负担；另外增加的监测与控制软件平台能够使用GUI图形界面显示环境参数，环境数据服务器能提取环境数据的特征，实现无人车半自主式控制，弥补了完全人工控制的局限性。

Description

一种用于监测控制救援无人车的系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于监测控制救援无人车的系统及其方法，属于机器人自动控制技术领域。

背景技术

随着时代的进步，机器人技术的研究已从传统的工业领域扩展到医疗服务、教育娱乐、勘探勘测、生物工程、救灾救援等新领域，并快速发展。因此，对机器人技术的研究具有了更加深远的理论意义和更加迫切的价值需求。

无人车是智能机器人发展的成果之一,目前世界上许多国家都在进行这方面的研究工作。该机器人一般采用遥控、局部自主、自主等控制方式，根据不同的分系统模块配置,可以具备各种用途,在军事、核工业等诸多领域有着广泛的应用前景,特别是在核化学污染区域执行侦察、救援任务方面更显示了这种机器人的作用。由于机动性强和作业环境恶劣复杂,对机器人运行状态进行状态监测是十分必要的,这也是保证机器人具有良好可靠性和安全性的重要手段之一。

救援无人车是以执行特殊任务的无人车，尤其用于特殊环境下的救援任务。要实现安全行驶,并能准确、可靠地执行各种特殊任务,前提是能够规划出一条从起始点到目标点能避开障碍物的安全、可靠的行驶路径。各种恶劣环境对救援无人车的通过性能、安全性产生很大影响，这要求救援无人车的路径规划系统能够准确评价复杂路面的通过性能,规划出符合任务要求的可行路径,满足执行各种任务要求的同时消耗尽可能少的能量。由于环境恶劣和突发性，救援无人车还不能完全自主行驶，需要使用自主控制为主、人工控制为辅的方式行驶。传统救援无人车通常为完全人工控制或半人工半自主控制，由于人的判断存在主观局限性，容易出现操作失误。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种用于监测控制救援无人车的系统及其方法。该系统增加了环境数据服务器和监测与控制软件平台，充分利用计算机技术，在不失人工控制的功能下，增加了软件数据处理功能，能够挖掘出环境数据的特征，弥补了完全人工控制的局限性，更好地执行救援任务。

为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种用于监测控制救援无人车的系统，包括环境数据服务器、监测与控制软件平台、基站无线通信模块及救援无人车，所述救援无人车包括MCU主控模块、电机驱动模块、三轴姿态传感器、速度传感器模块、摄像头模块、电池容量传感器、气体传感器、红外传感器、测距传感器、温度传感器、车载无线通信模块及GPRS无钱传输模块，所述环境数据服务器使用Linux+Apache+Mysql+PHP方式建立，所述监测与控制软件平台上设有PC机并与环境数据服务器通过网线架设在同一局域网内，监测与控制软件平台使用C#语言编写，所述监测与控制软件平台上的PC机和基站无线通信模块之间采用RS232通信接口连接；基站无线通信模块和车载无线通信模块之间采用频率为443M的无线电波进行通信；所述车载无线通信模块与MCU主控模块之间采用RS232通信接口连接；电机驱动模块使用芯片型号为BTS7960，MCU主控模块产生脉宽调制波(PWM)来控制电机驱动模块，从而间接控制车体电机；速度传感器模块采用霍尔测速方案，将磁铁安装在齿轮轴端的平面上，每转一圈霍尔传感器AS5040会产生256个脉冲，用MCU上的脉冲计数器端口对其进行读取，在单位时间内读取这一段时间的脉冲个数即可测量其旋转速度；GPRS无线传输模块通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于获取救援无人车的位置信息；测距传感器通过串口与MCU主控模块连接，用于检测和避开前方的障碍物；三轴姿态传感器通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于获得救援无人车当前的姿态角；电池容量传感器通过AD采集口与MCU主控模块连接，用于提示剩余电量；温度传感器通过I/O口与MCU主控模块连接，用于测量救援无人车身的温度；红外传感器通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于非接触式测温；气体传感器通过I/O口与MCU主控模块连接，用于检测易燃、有毒气体；摄像头模块接在单片机的SCCB接口上,MCU将采集到的图像发送到监测与控制软件平台，监测与控制软件平台通过窗口显示出来，用于实时监控现场环境。

所述系统的用于监测控制救援无人车的方法，包括以下步骤：

步骤1、驶向事故地点，监测与控制软件平台通过基站无线通信模块向救援无人车发送事故地点的位置信息，救援无人车向其反馈出当前所在的位置、速度、姿态角度等信息，再由监测与控制软件平台规划出一条行驶路线，并通过PID算法调节实时控制并不断地修正救援无人车的行驶路径以及行驶速度，使救援无人车准确驶向事故发生地；

步骤2、救援无人车向监测与控制软件平台传递环境信息，在救援无人车的行驶过程中，通过基站无线通信模块实时向监测与控制软件平台发送摄像头图像、温度、气体传感器数据；

步骤3、监测与控制软件平台显示并上传数据到环境数据服务器，监测与控制软件平台接收到传感器数据后，使用GUI图形界面显示传感器数据，并将传感器数据上传到环境数据服务器；

步骤4、环境数据服务器分析传感器数据并传递安全信息，环境数据服务器基于已有环境数据分析新数据并得到特征值，当环境数据服务器发现当前环境为不安全环境时，立即向监测与控制软件平台发出警告信号，当环境数据服务器发现当前环境为安全环境时，并将安全信号传递给监测与控制软件平台；

步骤5、监测与控制软件平台显示预警信息，监测与控制软件平台接收到环境数据服务器的警告信号或安全信号，如果是警告信号，使用GUI图形界面显示出警告信息，通知操作人员手动操控救援无人车，操作人员核实后，采取相应措施；如果是安全信号，使用GUI图形界面显示出安全信息；

步骤6、手动控制救援无人车并处理环境警告，当救援无人车的控制模式为手动时，利用监测与控制软件平台上的车体控制窗口直接控制救援无人车的速度及转向，行驶过程中出现问题也可以随时进行手动控制和自动行驶模式切换；

步骤7、驶向下一个事故地点，警告信息处理完毕或者检测到为安全信息后，返回救援无人车的控制系统，按照情况考虑是否进行下一个事故地点的监测控制或者是直接发送返回指令；

步骤8、完成任务返回，完成任务后，监测与控制软件平台向救援无人车发送返回指令，救援无人车向其反馈出位置信息，再由监测与控制软件平台规划出一条行驶路线，并不断地通过PID算法调节，实时控制修正救援无人车的行驶路径，最终顺利返回。

本发明有益效果是：一种用于监测控制救援无人车的系统及其方法，其中系统包括环境数据服务器、监测与控制软件平台、基站无线通信模块及救援无人车，所述救援无人车包括MCU主控模块、电机驱动模块、三轴姿态传感器、速度传感器模块、摄像头模块、电池容量传感器、气体传感器、红外传感器、测距传感器、温度传感器、车载无线通信模块及GPRS无钱传输模块，所述环境数据服务器使用Linux+Apache+Mysql+PHP方式建立，所述监测与控制软件平台上设有PC机并与环境数据服务器通过网线架设在同一局域网内，监测与控制软件平台使用C#语言编写，所述监测与控制软件平台上的PC机和基站无线通信模块之间采用RS232通信接口连接；基站无线通信模块和车载无线通信模块之间采用频率为443M的无线电波进行通信；所述车载无线通信模块与MCU主控模块之间采用RS232通信接口连接；电机驱动模块使用芯片型号为BTS7960，MCU主控模块产生脉宽调制波(PWM)来控制电机驱动模块，从而间接控制车体电机；速度传感器模块采用霍尔测速方案，将磁铁安装在齿轮轴端的平面上，每转一圈霍尔传感器AS5040会产生256个脉冲，用MCU上的脉冲计数器端口对其进行读取，在单位时间内读取这一段时间的脉冲个数即可测量其旋转速度；GPRS无线传输模块通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于获取救援无人车的位置信息；测距传感器通过串口与MCU主控模块连接，用于检测和避开前方的障碍物；三轴姿态传感器通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于获得救援无人车当前的姿态角；电池容量传感器通过AD采集口与MCU主控模块连接，用于提示剩余电量；温度传感器通过I/O口与MCU主控模块连接，用于测量救援无人车身的温度；红外传感器通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于非接触式测温；气体传感器通过I/O口与MCU主控模块连接，用于检测易燃、有毒气体；摄像头模块接在单片机的SCCB接口上,MCU将采集到的图像发送到监测与控制软件平台，监测与控制软件平台通过窗口显示出来，用于实时监控现场环境。方法包括以下步骤：(1)驶向事故地点。(2)救援无人车向监测与控制软件平台传递环境信息。(3)监测与控制软件平台显示并上传数据到环境数据服务器。(4)环境数据服务器分析传感器数据并传递安全信息。(5)监测与控制软件平台显示预警信息。(6)手动控制救援无人车并处理环境警告。(7)驶向下一个事故地点。(8)完成任务返回。与已有技术相比，本发明中的救援无人车只负责上传数据和接收指令，减少了救援无人车处理环境数据的负担；另外增加的监测与控制软件平台能够使用GUI图形界面显示环境参数，环境数据服务器能提取环境数据的特征，实现无人车半自主式控制，弥补了完全人工控制的局限性。

附图说明

图1是本发明系统原理框图。

图2是本发明系统中救援无人车原理框图。

图3是本发明方法步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1，2所示，一种用于监测控制救援无人车的系统，包括环境数据服务器、监测与控制软件平台、基站无线通信模块及救援无人车，所述救援无人车包括MCU主控模块、电机驱动模块、三轴姿态传感器、速度传感器模块、摄像头模块、电池容量传感器、气体传感器、红外传感器、测距传感器、温度传感器、车载无线通信模块及GPRS无线传输模块，所述环境数据服务器使用Linux+Apache+Mysql+PHP方式建立，所述监测与控制软件平台上设有PC机并与环境数据服务器通过网线架设在同一局域网内，监测与控制软件平台使用C#语言编写，所述监测与控制软件平台上的PC机和基站无线通信模块之间采用RS232通信接口连接；基站无线通信模块和车载无线通信模块之间采用频率为443M的无线电波进行通信；所述车载无线通信模块与MCU主控模块之间采用RS232通信接口连接；电机驱动模块使用芯片型号为BTS7960，MCU主控模块产生脉宽调制波(PWM)来控制电机驱动模块，从而间接控制车体电机；速度传感器模块采用霍尔测速方案，将磁铁安装在齿轮轴端的平面上，每转一圈霍尔传感器AS5040会产生256个脉冲，用MCU上的脉冲计数器端口对其进行读取，在单位时间内读取这一段时间的脉冲个数即可测量其旋转速度；GPRS无线传输模块通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于获取救援无人车的位置信息；测距传感器通过串口与MCU主控模块连接，用于检测和避开前方的障碍物；三轴姿态传感器通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于获得救援无人车当前的姿态角；电池容量传感器通过AD采集口与MCU主控模块连接，用于提示剩余电量；温度传感器通过I/O口与MCU主控模块连接，用于测量救援无人车身的温度；红外传感器通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于非接触式测温；气体传感器通过I/O口与MCU主控模块连接，用于检测易燃、有毒气体；摄像头模块接在单片机的SCCB接口上,MCU将采集到的图像发送到监测与控制软件平台，监测与控制软件平台通过窗口显示出来，用于实时监控现场环境。

如图3所示，所述系统的用于监测控制救援无人车的方法，包括以下步骤：

步骤1、驶向事故地点，监测与控制软件平台通过基站无线通信模块向救援无人车发送事故地点的位置信息，救援无人车向其反馈出当前所在的位置、速度、姿态角度等信息，再由监测与控制软件平台规划出一条行驶路线，并通过PID算法调节实时控制并不断地修正救援无人车的行驶路径以及行驶速度，使救援无人车准确驶向事故发生地；

步骤2、救援无人车向监测与控制软件平台传递环境信息，在救援无人车的行驶过程中，通过基站无线通信模块实时向监测与控制软件平台发送摄像头图像、温度、气体传感器数据；

步骤3、监测与控制软件平台显示并上传数据到环境数据服务器，监测与控制软件平台接收到传感器数据后，使用GUI图形界面显示传感器数据，并将传感器数据上传到环境数据服务器；

步骤4、环境数据服务器分析传感器数据并传递安全信息，环境数据服务器基于已有环境数据分析新数据并得到特征值，当环境数据服务器发现当前环境为不安全环境时，立即向监测与控制软件平台发出警告信号，当环境数据服务器发现当前环境为安全环境时，并将安全信号传递给监测与控制软件平台；

步骤5、监测与控制软件平台显示预警信息，监测与控制软件平台接收到环境数据服务器的警告信号或安全信号，如果是警告信号，使用GUI图形界面显示出警告信息，通知操作人员手动操控救援无人车，操作人员核实后，采取相应措施；如果是安全信号，使用GUI图形界面显示出安全信息；

步骤6、手动控制救援无人车并处理环境警告，当救援无人车的控制模式为手动时，利用监测与控制软件平台上的车体控制窗口直接控制救援无人车的速度及转向，行驶过程中出现问题也可以随时进行手动控制和自动行驶模式切换；

步骤7、驶向下一个事故地点，警告信息处理完毕或者检测到为安全信息后，返回救援无人车的控制系统，按照情况考虑是否进行下一个事故地点的监测控制或者是直接发送返回指令；

步骤8、完成任务返回，完成任务后，监测与控制软件平台向救援无人车发送返回指令，救援无人车向其反馈出位置信息，再由监测与控制软件平台规划出一条行驶路线，并不断地通过PID算法调节，实时控制修正救援无人车的行驶路径，最终顺利返回。

Claims (1)

1.一种用于监测控制救援无人车的方法，其特征在于：该方法基于一种用于监测控制救援无人车的系统，包括环境数据服务器、监测与控制软件平台、基站无线通信模块及救援无人车，所述救援无人车包括MCU主控模块、电机驱动模块、三轴姿态传感器、速度传感器模块、摄像头模块、电池容量传感器、气体传感器、红外传感器、测距传感器、温度传感器、车载无线通信模块及GPRS无钱传输模块，所述环境数据服务器使用Linux+Apache+Mysql+PHP方式建立，所述监测与控制软件平台上设有PC机并与环境数据服务器通过网线架设在同一局域网内，监测与控制软件平台使用C#语言编写，所述监测与控制软件平台上的PC机和基站无线通信模块之间采用RS232通信接口连接，基站无线通信模块和车载无线通信模块之间采用频率为443M的无线电波进行通信；所述车载无线通信模块与MCU主控模块之间采用RS232通信接口连接；电机驱动模块使用芯片型号为BTS7960，MCU主控模块201产生脉宽调制波PWM来控制电机驱动模块，从而间接控制车体电机；速度传感器模块采用霍尔测速方案，将磁铁安装在齿轮轴端的平面上，每转一圈霍尔传感器AS5040会产生256个脉冲，用MCU上的脉冲计数器端口对其进行读取，在单位时间内读取这一段时间的脉冲个数即可测量其旋转速度；GPRS无线传输模块通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于获取救援无人车的位置信息；测距传感器通过串口与MCU主控模块连接，用于检测和避开前方的障碍物；三轴姿态传感器通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于获得救援无人车当前的姿态角；电池容量传感器通过AD采集口与MCU主控模块连接，用于提示剩余电量；温度传感器通过I/O口与MCU主控模块连接，用于测量救援无人车身的温度；红外传感器通过IIC接口与MCU主控模块连接，用于非接触式测温；气体传感器通过I/O口与MCU主控模块连接，用于检测易燃、有毒气体；摄像头模块接在单片机的SCCB接口上,MCU将采集到的图像发送到监测与控制软件平台，监测与控制软件平台通过窗口显示出来，用于实时监控现场环境；

一种用于监测控制救援无人车的方法，包括以下步骤：

步骤1、驶向事故地点，监测与控制软件平台通过基站无线通信模块向救援无人车发送事故地点的位置信息，救援无人车向其反馈出当前所在的位置、速度、姿态角度信息，再由监测与控制软件平台规划出一条行驶路线，并通过PID算法调节实时控制并不断地修正救援无人车的行驶路径以及行驶速度，使救援无人车准确驶向事故发生地；

步骤2、救援无人车向监测与控制软件平台传递环境信息，在救援无人车的行驶过程中，通过基站无线通信模块实时向监测与控制软件平台发送摄像头图像、温度、气体传感器数据；

步骤3、监测与控制软件平台显示并上传数据到环境数据服务器，监测与控制软件平台接收到传感器数据后，使用GUI图形界面显示传感器数据，并将传感器数据上传到环境数据服务器；

步骤4、环境数据服务器分析传感器数据并传递安全信息，环境数据服务器基于已有环境数据分析新数据并得到特征值，当环境数据服务器发现当前环境为不安全环境时，立即向监测与控制软件平台发出警告信号，当环境数据服务器发现当前环境为安全环境时，并将安全信号传递给监测与控制软件平台；

步骤5、监测与控制软件平台显示预警信息，监测与控制软件平台接收到环境数据服务器的警告信号或安全信号，如果是警告信号，使用GUI图形界面显示出警告信息，通知操作人员手动操控救援无人车，操作人员核实后，采取相应措施；如果是安全信号，使用GUI图形界面显示出安全信息；

步骤6、手动控制救援无人车并处理环境警告，当救援无人车的控制模式为手动时，利用监测与控制软件平台上的车体控制窗口直接控制救援无人车的速度及转向，行驶过程中出现问题也可以随时进行手动控制和自动行驶模式切换；

步骤7、驶向下一个事故地点，警告信息处理完毕或者检测到为安全信息后，返回救援无人车的控制系统，按照情况考虑是否进行下一个事故地点的监测控制或者是直接发送返回指令；

步骤8、完成任务返回，完成任务后，监测与控制软件平台向救援无人车发送返回指令，救援无人车向其反馈出位置信息，再由监测与控制软件平台规划出一条行驶路线，并不断地通过PID算法调节，实时控制修正救援无人车的行驶路径，最终顺利返回。

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