CN108385567A - 一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，包括配合的车体和底盘，设置在车体顶部的太阳能电池板，设置在车体上的驱动模块、STC89C52单片机和车载无线模块，设置在车体内的汽车电机，设置在车体内的蓄电池组和杂物收集箱，设置在车体前端的三自由度机械臂、图像采集模块和红外测距模块，底盘上设置履带；车载无线模块用于信号传输，将图像采集模块采集到的图像信息和监控模块采集的工作参数数据传输给上位机，从上位机接收指令，通过STC89C52单片机控制智能车运行；STM32控制器通过L298N驱动器，分别驱动机械臂舵机和车体电机，分别用于对三自由度机械臂和车体实现控制。实现跑道的清洁和杂物的清除功能。
Description
技术领域
本发明涉及飞机跑道智能清洁车，具体为一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车。
背景技术
随着全球经济的逐渐回暖复苏，未来几年的全球航空需求量巨大，然而在现有技术条件下，飞机还是得从较长的平面跑道滑行加速达到起飞速度，这对跑道的平整度和清洁度要求较高。并且限制飞机最大起飞重量的因素很多，包括跑道条件、爬升梯度、结构强度和障碍物等，其中跑道上的杂物或障碍物限制往往是很多机场最苛刻的限制。
为确保飞行安全防止道面上的石子和其它杂物被飞机喷气发动机吸入体内打坏压缩机叶片或打坏螺旋桨飞机的桨叶，同时也防止石子或其它硬质杂物被螺旋桨或喷气发动机吹袭损伤其它飞机机体和车辆人员。因此飞机活动区需要经常不断的检查和定期的清扫。跑道、滑行道应根据其状况定期进行清扫，遇有施工等可能造成跑道、滑行道污染的情况时，应当增加清扫次数。跑道、滑行道应至少每天检查两次，重要航班或专机起降前都应检查一次，发现杂物及时清扫掉。飞机在运行当中飞行员或其它勤务人员发现道面上有杂物，现场值班人员应及时前往清扫。并且停机坪上的杂物除了道面本身损坏的碎石混合料碎渣及接缝材料外，还有人为丢掉的机器零件和其它杂物以及从其它公共场所由风吹移来的杂物，因此机坪上随时都有可能出现影响飞行安全的杂物，机坪上只要飞机活动就应该有值班维护人员随时清扫。但人工清扫工作量大，工作程序重复繁琐，清洁效率低，存在跑道清扫不彻底等隐患，严重影响到飞机的安全起飞。现有技术中的人工智能清洁车车体的电力系统是由电池组组成的，不仅笨重、不美观，而且对环境有一定污染；同时整体结构的设置都是从其他电动车上演化而来，不能完全满足飞机跑道清洁的需求。为了减轻机场工作人员的工作压力，保障飞机的安全飞行，因此设计出一种高效智能的飞机跑道清洁车具有迫切的现实需求和深远的现实意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，结构简单，设计合理，能够对飞机跑道清洁清障，安全性和可靠性高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，包括配合的车体和底盘，设置在车体顶部的太阳能电池板，设置在车体上的驱动模块、STC89C52单片机和车载无线模块，设置在车体内的汽车电机，设置在车体内的蓄电池组和杂物收集箱，以及设置在车体前端的三自由度机械臂、图像采集模块和红外测距模块，底盘上设置履带；
图像采集模块采集的信息经FIFO存储器连接输入STC89C52单片机，STC89C52单片机依次与监控模块和太阳能电池板交互连接，STC89C52单片机上连接车载无线模块；监控模块用于采集太阳能电池板的工作参数；车载无线模块用于信号传输，将图像采集模块采集到的图像信息和监控模块采集的工作参数数据传输给上位机，同时从上位机接收指令，通过STC89C52单片机控制智能车运行；
STC89C52单片机的输出端连接STM32控制器，STM32控制器通过L298N驱动器，分别驱动机械臂舵机和车体电机，分别用于对三自由度机械臂和车体实现控制。
优选的，蓄电池组包括至少四个并联的超级电容。
优选的，太阳能电池板通过框架固定在车身顶部，共设置有两层，上层依次为第一太阳能电池板、第二太阳能电池板，下层为第三太阳能电池板；第三太阳能电池板固定设置，第一太阳能电池板和第二太阳能电池板反向滑动设置在框架上；第二太阳能电池板上的驱动电机通过齿轮与第一太阳能电板底部设置的齿条啮合，第三太阳能电池板上的驱动电机通过齿轮与框架底部设置的齿条啮合。
优选的，图像采集模块采用OV6620摄像头进行图像采集。
优选的，机械臂在进行障碍物抓取时，实时的通过红外测距模块对障碍物的距离进行计算向STC89C52单片机反馈，与STC89C52单片机发送给STM32控制器的阈值进行反馈，完成STM32控制器对机械臂和车体的闭环控制。
优选的，监控模块包括依次连接在太阳能电池板上的温度传感器和采集单元。
进一步，采用DS18B20温度传感器采集太阳能电池板的工作温度，DS18B20的I/O口外接一个上拉电阻，并与STC89C52单片机的P2.6接口连接。
再进一步，采集单元通过设置ADC0809模数转换器采集太阳能电池板的电压信号和电流信号。
优选的，还设置有控制手柄，手柄按键通过无线连接将信号传递至单片机控制器上，单片机控制器的串口上设置CH340G芯片将TTL电平串口直接转换为USB与上位机进行通信，上位机上通过串口连接无线模块，与车载无线模块实现无线交互连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用太阳能电池板供电，通过能够改变面积的太阳能电池板，安放于车顶，增大太阳能电板的光照面积，使发电量增加，提高电池的充电速度。利用基于STC89C52单片机的控制系统，通过图像采集模块实现智能清洁小车的智能控制和杂物遍寻功能，如若杂物颜色和跑道背景颜色相同或相似时，红外测距模块进行近距离的搜寻杂物，使太机场跑道智能小车可以实现跑道的清洁和杂物的清除功能。机场工作人员可以使用远程控制终端控制清洁车的工作状态，也可以在驾驶台上手动操作智能小车进行跑道的杂物拾取和清洁工作，此智能清洁车大大的减轻了机场工作人员的日常工作量，保障了机场的稳定运行与安全起飞；除了适用于机场跑道清洁清障，也可适用于学校、公园、居民小区和工业厂区等公共区域内的垃圾杂物清理和路面清洁。
附图说明
图1为本发明实例中所述智能清洁车整体结构示意图。
图2为本发明实例中所述智能清洁车的控制框图。
图3为本发明实例中STC89C52单片机最小系统电路原理图。
图4为本发明实例中串口通讯电路原理图。
图5为本发明实例中红外线测距示意图。
图6为本发明实例中红外测距模块硬件电路框图。
图7为本发明实例中智能清洁车抓取目标闭环控制图。
图8为本发明实例中所述智能清洁车车顶太阳能电池板未展开结构图。
图9为本发明实例中所述智能清洁车车顶太阳能电池板展开结构图。
图中：太阳能电池板1，驱动模块2，STC89C52单片机3，车载无线模块4，图像采集模块5，红外测距模块6，车体7，杂物收集箱8，三自由度机械臂9，履带10；第一太阳能电池板11，第二太阳能电池板12，第三太阳能电池板13。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
太阳能作为可再生能源，也是地球上最古老的重要能源。他们蕴藏量巨大，可再生分布广，而且无污染，是可再生能源的发展的重要方向。如果使用太阳能等新型洁净能源，将能够使智能排障车更加符合现代理念。
在本发明中，将太阳能电池板1和蓄电池组模块、车载无线模块4、图像采集模块5、红外测距模块6、三自由度机械臂9及驱动模块2，经过组合安装构成了以太阳能为动力的新型飞机跑道无线智能清洁车。利用太阳能电池板1和蓄电池组模块，无线智能清洁车能够得到稳定且安全的动力补充。利用车载无线模块4和图像采集模块5，无线智能清洁车能够将拍摄的障碍物图像传输到上位机，对图像进行处理后，通过编程利用模糊控制算法对智能车的行进路径进行控制，使其最终能够实现跑道的清障、清洁功能。另外，当杂物或障碍物颜色与图像背景颜色相同时，还可以利用红外测距模块6对障碍物进行识别和抓取。相比较于其它的智能车而言，这种智能清洁车不仅降低了研究成本，还具有较高的智能性，不仅能够在操控者视觉无法抵达的位置通过视觉控制对特定障碍物进行自动清除，也可以通过红外测距和手柄操作在短距离内对障碍物进行人工清除，可操作性强、可清洁范围广。
本发明一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，如图1所示，包括配合的车体7和底盘，设置在车体7顶部的太阳能电池板1，设置在车体7上的驱动模块2、STC89C52单片机3和车载无线模块4，设置在车体7内的汽车电机，设置在车体7内的蓄电池组和杂物收集箱8，以及设置在车体7前端的三自由度机械臂9、图像采集模块5和红外测距模块6，底盘上设置履带10。
其中，底盘起到承载和行走的作用，是智能车的重要组成部分。为了提高智能清洁车的稳定性与灵活性，本设计所选用的智能清洁车的底盘是较为常用的履带10。相比较而言，使用这种底盘有很多优势，比如其本身所携带的大扭力马达，不仅能够为智能车提供更强的动力与稳定性，而且噪音很小，适合环保。本优选实例中，蓄电池组包括至少四个并联的超级电容。
如图8和图9所示，太阳能电池板1通过框架固定在车身顶部，共设置有两层，上层依次为第一太阳能电池板11、第二太阳能电池板12，下层为第三太阳能电池板13；第三太阳能电池板13固定设置，第一太阳能电池板11和第二太阳能电池板12反向滑动设置在框架上；第二太阳能电池板12上的驱动电机通过齿轮与第一太阳能电板11底部设置的齿条啮合，第三太阳能电池板13上的驱动电机通过齿轮与框架底部设置的齿条啮合。
本发明在基于上述的组织结构进行控制时，如图2所示，图像采集模块5优选的采用OV6620摄像头进行图像采集，采集的信息经FIFO存储器连接输入STC89C52单片机3，STC89C52单片机3依次与监控模块和太阳能电池板1交互连接，STC89C52单片机3上连接车载无线模块4；监控模块用于采集太阳能电池板的工作参数；车载无线模块4负责信号传输，不仅能够将OV6620摄像头采集到的图像信息和监控模块采集的工作参数数据传输给上位机，同时也从上位机接收指令，通过STC89C52单片机3控制智能车运行。另外，通过车载无线模块4，操作人员可以随时对智能车实行遥控操作，手动完成某些特殊的排障作业。如图1所示，STC89C52单片机3的输出端连接STM32控制器，STM32控制器通过L298N驱动器，分别驱动机械臂舵机和车体电机，从而对三自由度机械臂9和车体7实现控制。
并且在控制时能够在抓取过程中实现闭环控制，如图7所示，机械臂在进行障碍物抓取时，实时的通过红外测距模块4对障碍物的距离进行计算向STC89C52单片机3反馈，通过与STC89C52单片机3发送给STM32控制器的阈值进行反馈，从而通过STM32控制器对机械臂和车体7进行闭环控制。
其中，监控模块包括温度传感器和采集单元；本优选实例中采用DS18B20温度传感器采集太阳能电池板1的工作温度，工作电压为3V-5.5V，它的测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内的精度为±0.5℃，DS18B20的I/O口外接一个10KΩ的上拉电阻，并与STC89C52单片机3的P2.6接口连接。
本优选实例中采集单元通过设置ADC0809模数转换器采集太阳能电池板1的电压信号和电流信号，其输入的模拟信号电压范围为0～+5V，分辨率为8位，转换时间为100μs，转换误差为±1LSB。
如图2所示，本发明中还设置有控制手柄，手柄按键通过无线连接将信号传递至单片机控制器上，单片机控制器的串口上设置CH340G芯片将TTL电平串口直接转换为USB与上位机进行通信，上位机上通过串口连接无线模块，与车载无线模块4实现无线交互连接。串口的通讯电路原理图如图4所示。
当杂物与图像背景颜色一致时，本发明采用的图像采集模块5得到的实时图像信息对于跑道上的异物辨别度不高。为了弥补清洁车的这一缺陷，在车体7上安装红外测距模块6，能够在近距离内对障碍物进行搜索，实现排障功能。如图5所示，红外测距模块6是依据三角测量原理制造的，红外线发射器以固定角度向外发射红外线，遇到障碍物时会产生反射光线，反射光线被CCD检测器检测到后，能够得到偏移量L，加上已知的滤镜焦距f、红外线发射角α、发射器与检测器的间距X，通过三角关系运算，就能够得到测距模块与障碍物的距离D。红外测距模块6的硬件电路图如图6所示。
红外测距模块6以STC89C52单片机3为控制核心，采用红外测距技术设计控制器用红外测距仪系统，由STC89C52单片机3处理环境信息，红外测距仪发出清障提示或直接执行清障，不需要驾驶员亲自根据信息作判断，具有显著的智能化。通过采用红外管和STC89C52单片机3，研制的基于单片机的红外测距仪，清障车清障时距预期位置最大误差不超过4cm，工作可靠，性能良好，确保清障车清障的智能性和稳定性。
如图3所示，STC89C52单片机3工作电压为5.5V-3.5V，工作频率为0-80Mhz，工作温度为0-75℃；单片机复位端上连接按钮S1，按钮S1上并联设置电容C1。
本发明一种基于太阳能动力的飞机跑道无线智能清洁车，利用能够改变面积的太阳能电池板供电，安放于车顶，增大太阳能电板的光照面积，使发电量增加，提高电池的充电速度。利用太阳能电池板和蓄电池组模块，无线智能清洁车能够得到稳定且安全的动力补充。利用无线传输模块和图像采集模块5，无线智能清洁车还能够将拍摄的障碍物图像传输到上位机，对图像进行处理后，通过编程利用模糊控制算法对智能车的行进路径进行控制，使其最终能够实现跑道的清障、清洁功能。另外，当杂物或障碍物颜色与图像背景颜色相同时，还可以利用红外线测距模块对障碍物进行识别和抓取。相比较于其它的智能车而言，这种智能清洁车不仅降低了研究成本，还具有较高的智能性，不仅能够在操控者视觉无法抵达的位置通过视觉控制对特定障碍物进行自动清除，也可以通过红外测距和手柄操作在短距离内对障碍物进行人工清除，这种智能清洁车不仅可适用于机场跑道清洁清障，也可适用于学校、公园、居民小区和工业厂区等公共区域内的垃圾杂物清理和路面清洁。
Claims (9)
1.一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，包括配合的车体(7)和底盘，设置在车体(7)顶部的太阳能电池板(1)，设置在车体(7)上的驱动模块(2)、STC89C52单片机(3)和车载无线模块(4)，设置在车体(7)内的汽车电机，设置在车体(7)内的蓄电池组和杂物收集箱(8)，以及设置在车体(7)前端的三自由度机械臂(9)、图像采集模块(5)和红外测距模块(6)，底盘上设置履带(10)；
图像采集模块(5)采集的信息经FIFO存储器连接输入STC89C52单片机(3)，STC89C52单片机(3)依次与监控模块和太阳能电池板(1)交互连接，STC89C52单片机(3)上连接车载无线模块(4)；监控模块用于采集太阳能电池板的工作参数；车载无线模块(4)用于信号传输，将图像采集模块(5)采集到的图像信息和监控模块采集的工作参数数据传输给上位机，同时从上位机接收指令，通过STC89C52单片机(3)控制智能车运行；
STC89C52单片机(3)的输出端连接STM32控制器，STM32控制器通过L298N驱动器，分别驱动机械臂舵机和车体电机，分别用于对三自由度机械臂(9)和车体(7)实现控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，蓄电池组包括至少四个并联的超级电容。
3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，太阳能电池板(1)通过框架固定在车身顶部，共设置有两层，上层依次为第一太阳能电池板(11)、第二太阳能电池板(12)，下层为第三太阳能电池板(13)；第三太阳能电池板(13)固定设置，第一太阳能电池板(11)和第二太阳能电池板(12)反向滑动设置在框架上；第二太阳能电池板(12)上的驱动电机通过齿轮与第一太阳能电板(11)底部设置的齿条啮合，第三太阳能电池板(13)上的驱动电机通过齿轮与框架底部设置的齿条啮合。
4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，图像采集模块(5)采用OV6620摄像头进行图像采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，机械臂在进行障碍物抓取时，实时的通过红外测距模块(4)对障碍物的距离进行计算向STC89C52单片机(3)反馈，与STC89C52单片机(3)发送给STM32控制器的阈值进行反馈，完成STM32控制器对机械臂和车体(7)的闭环控制。
6.根据权利要求1所述的一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，监控模块包括依次连接在太阳能电池板(1)上的温度传感器和采集单元。
7.根据权利要求6所述的一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，采用DS18B20温度传感器采集太阳能电池板(1)的工作温度，DS18B20的I/O口外接一个上拉电阻，并与STC89C52单片机(3)的P2.6接口连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，采集单元通过设置ADC0809模数转换器采集太阳能电池板(1)的电压信号和电流信号。
9.根据权利要求1所述的一种基于太阳能动力的飞机跑道智能清洁车，其特征在于，还设置有控制手柄，手柄按键通过无线连接将信号传递至单片机控制器上，单片机控制器的串口上设置CH340G芯片将TTL电平串口直接转换为USB与上位机进行通信，上位机上通过串口连接无线模块，与车载无线模块(4)实现无线交互连接。
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2018
- 2018-02-11 CN CN201810141757.0A patent/CN108385567A/zh active Pending
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