CN110134119A - 一种智能电网巡线机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能电网巡线机器人，包括主控制模块、电机驱动模块、巡线模块、避障模块、电源模块、手机遥控模块和显示模块，所述电源模块为整个系统提供电压，所述避障模块采集信号，回传给所述主控制模块；所述巡线模块收集线状标识信号，并传给所述主控制模块，所述主控制模块发送控制信号给所述电机驱动模块，以控制所述巡线机器人；所述显示模块接收主控制模块发送的巡线机器人行进信号，并显示；所述手机遥控模块发射遥控信号于所述的主控制模块。本发明采用单片机作为整个系统的核心，采用双桥电机驱动芯片，采用反射型光电传感器、红外对管制作循迹电路，以及电机控制、信息采集和优良的计算机算法等，具有结构简单，成本不高，操作简单等的优良特性。

Description

一种智能电网巡线机器人

技术领域

本发明专利涉及一种机器人，尤其是一种集合多类传感器、多信息处理系统的智能电网巡线机器人。

背景技术

随着社会的不断发展，科学技术水平的不断提高，人们希望创造出一种来代替人来做一些非常危险，或者要求精度高等事情的工具，于是就诞生了机器人这门学科。世界上诞生第一台机器人诞生于1959年，至今已有50多年的历史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科为一体的性尖端技术。巡线机器人共历了三代技术创新变革：

第一代巡线机器人是可编程的示教再现型，没有装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置巡线机器人的路径与运动参数，在工作过程中，不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。

第二代巡线机器人支持离线编程，具有一定感知和适应环境的能力，这类巡线机器人装有简单的传感器，可以感觉到自身的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。

第三代巡线机器人是智能的，目前在研究和发展阶段，以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信息，精确地描述外部环境的变化。智能巡线机器人，能独立完成任务，有其自身的知识基础，多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中，根据环境变化做出决策，有一定的适应能力，自我学习能力和自我组织的能力。为了让巡线机器人能独立工作，一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器，另一方面，也掌握多个、多类传感器信息融合的技术，这样巡线机器人可以更准确，更全面的获得所处环境的信息。

目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现，如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理。

随着我国科学技术的不断发展，以物理电网为基础，以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础现将先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。因此，在智能电网中，将电网中的故障设备，以最快的速度从电网系统中隔离出来，并且在几乎自动化的状态下实现系统自我恢复到正常运行状态，从而做到几乎不中断对用户的供电服务显得尤为重要。智能巡线机器人在电网中得到了广泛的应用。

除此之外，智能巡线机器人也能在战场或工程中也能发挥其功能。在战场上。可以将智能巡线机器人用于扫除路边炸弹，寻找和销毁地雷等。这样便可以大大减少士兵伤亡发生的概率，保证士兵的安全。在民用方面，可以探测化学泄露物质，可以进行地铁救火，以及在发生地震后到废墟中被埋人员等。

在工程建设领域，可以对高速公路自动巡线。进行道路质量检测和破坏分析检测，对水库堤坝、海岸堤坝、江河大坝进行安全性检测，在制造领域可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油管道和输气管道的泄露和破坏点的查找和定位等。

现有技术中，如公开号CN204190869U的专利申请，公开了一种变电站智能视频监控机器人，包括摄像系统、机器人底座和电源系统；其中，电源系统分别与摄像系统、机器人底座相连，用于提供直流电源动力；摄像系统包括：人机系统、数据接口、本机存储模块、硬盘存储模块、WIFI/3G通信模块、第一UART通信模块、监控信息采集模块、热成像红外仪、监控视频处理模块、监控摄像机和转动云台；转动云台连接热成像红外仪和监控摄像机，进行360度宽范围监控；热成像红外仪、监控信息采集模块、硬盘存储模块依次相连；监控摄像机、监控视频处理模块、硬盘存储模块依次相连；人机系统、数据接口、本机存储模块、WIFI/3G通信模块、第一UART通信模块均与硬盘存储模块连接。但是这种视频监控机器人采用AGV控制系统，其很难控制多轴设备，控制多轴设备的成本高，缺乏通用性和可扩展性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，成本不高，操作简单的多传感器智能电网巡线机器人，采用安装配合，以及电机控制、信息采集和优良的计算机算法等。

一种智能电网巡线机器人，包括主控制模块、电机驱动模块、巡线模块、避障模块、电源模块、手机遥控模块和显示模块，所述电源模块为整个系统提供电压，其特征在于，所述避障模块采集信号，回传给所述主控制模块；所述巡线模块收集线状标识信号，并传给所述主控制模块，所述主控制模块发送控制信号给所述电机驱动模块，以控制所述避障巡线机器人；所述显示模块接收主控制模块发送的机器人行进信号，并显示；所述手机遥控模块发射遥控信号于所述的主控制模块。

进一步，所述避障模块为若干成对设置的红外发射和接收管，安装于巡线机器人外廓，所述红外发射管发射出一定量频率的红外线，若巡线机器人任意所述红外发射二极管检测到有障碍物，红外线就会被障碍物发射回来，被所述红外接收管接收，经过电压比较器处理将信号传给主控制模块。

进一步，所述巡线模块为复数个光电传感器，所述光电传感器循到线状标识，输出电平为低电平，把该信号传给所述主控制模块，所述主控制模块控制所述电机驱动模块输入口的高低电平，以控制巡线机器人的左右轮来完成巡线功能。

进一步，所述电机驱动模块的输入端与所述主控制模块连接，所述电机驱动模块的第一输出端outA1和第二输出端outA2接巡线机器人左轮，第三输出端outB1和第四输出端outB2接巡线机器人右轮，所述住控制模块控制电机驱动模块输入端的高低电平，使巡线机器人能够行驶，暂停，左转，右转。

进一步，所述显示模块为四位数码管显示电路，用来显示实时的巡线状态；当巡线机器人某一路检测到线状标识时，在数码管上对应的位上输出1，当巡线机器人某一路检测到白线时，在数码管对应的位上输出0。

进一步，所述手机遥控模块为双音多频解码芯片，所述双音频解码芯片将手机发出的双音多频信号转化为D0-D3四个信号输出，解码为相应的DTMF信号，并将所述DTMF信号发射于主控制模块。

进一步，所述主控制模块为单片机，所述单片机内部包括一个高增益反响放大器。

进一步，还包括复位时钟电路，所述单片机的XTAL1和XTAL2两端跨接晶振，与所述单片机的内部振荡电路连接，构成稳定的自激振荡电器，所述自激振荡电器发出的脉冲送入复位时钟电路。

进一步，所述光电传感器为三个，分别安装在巡线机器人前方的左、中、右处，所述光电传感器全部放在同一条直线上。

进一步，所述红外发射和接收管为3～5对。

本发明专利与同类智能巡线避障巡线机器人相比，本发明专利采用了采用单片机作为整个系统的核心，具有控制简单、方便、快捷、资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。采用电机驱动芯片，具有大电流、高电压、响应频率高等功能的全桥驱动芯片，该电机驱动芯片有操作方便、驱动能力强、稳定性能好等优点。一片电机驱动芯片可分别控制两个直流电机，它的使能端可以外接电平控制，也可以利用单片机进行软件控制，满足各种复杂电路的需要。并且电机驱动芯片的驱动功率较大，能够根据输入电压的大小来控制输出的电压和功率，能很好的解决负载能力不够的问题。采用反射型光电传感器，红外对管制作巡线电路，当检测到线状标识时，红外接收管导通否则红外对管截止，通过比较器进行电压比较，把电平状态传给单片机然后由其处理，单片机通过接收到的高低电平为依据来确定线状标识的位置和巡线机器人前进的路线这种方式更加的可靠稳定。采用优良的计算机算法，软件系统稳定、高效。

附图说明

图1是现有技术中的一种变电站智能视频监控机器人整体构架示意图。

图2是本发明智能电网巡线机器人的整体系统构架示意图。

图3是本发明智能电网巡线机器人的主控制模块电路示意图。

图4是本发明智能电网巡线机器人的三路巡线模块电路示意图。

图5是本发明智能电网巡线机器人的避障模块电路示意图。

图6是本发明智能电网巡线机器人的电机驱动电路示意图。

图7是本发明智能电网巡线机器人的电源模块电路示意图。

图8是本发明智能电网巡线机器人的手机遥控模块电路示意图。

图9是本发明智能电网巡线机器人的数码管显示模块电路示意图。

图10是本发明智能电网巡线机器人的主程序流程示意图。

图11是本发明智能电网巡线机器人的寻迹算法流程示意图。

图12是本发明智能电网巡线机器人的避障算法流程示意图。

具体实施方式

图1是现有技术中的一种变电站智能视频监控机器人，特征在于，由摄像系统100、机器人底座200和电源系统300组成，摄像系统100包括：人机系统11、数据接口12、本机存储模块13、硬盘存储模块14、WIFI/3G通信模块15、第一UART通信模块16、监控信息采集模块17、热成像红外仪18、监控视频处理模块19、监控摄像机110和转动云台111。所述摄像系统100中，转动云台111连接热成像红外仪18和监控摄像机110，可进行360度宽范围监控。热成像红外仪18、监控信息采集模块17、硬盘存储模块14依次相连；监控摄像机110、监控视频处理模块19、硬盘存储模块14依次相连；人机系统11、数据接口12、本机存储模块13、WIFI/3G通信模块15、第一UART通信模块16均与硬盘存储模块14连接。但是这种智能物流车采用AGV控制系统，其很难控制多轴设备，控制多轴设备的成本高。

本发明是一种智能电网巡线机器人，如图2所示，包括主控制模块、电机驱动模块、巡线模块、避障模块、电源模块、手机遥控模块和显示模块，所述电源模块为整个系统提供电压，所述避障模块采集信号，回传给所述主控制模块，当巡线机器人碰到障碍物时，使巡线机器人进行及时避障；所述巡线模块收集线状标识信号，并传给所述主控制模块，所述主控制模块发送控制信号给所述电机驱动模块带动车轮转动，以控制所述避障巡线机器人，使智能巡线机器人自动巡线状标识；所述显示模块接收主控制模块发送的巡线机器人行进信号，并显示；所述手机遥控模块发射遥控信号于所述的主控制模块。

图3是本发明智能电网巡线机器人的主控制模块电路示意图，本发明选用单片机作为巡线机器人的主控制模块。所述单片机作为主控制系统，当各个模块传输过来的信号，所述单片机接收各模块的信号，从而对各模块下达指令，使各模块完成他们相应的功能，从而使有机的整体系统稳定工作，达到巡线机器人的巡线避障的效果。所述单片机的功率消耗低，运算速度快控制功能强，抗干扰能力强，可靠性高，性能价值比高；具有32个I/O口，扩展了多种串行口，2个16位可编程定时计数器，系统扩展容易。单片机的指令系统功能兼容，大大降低了软件部分的设计，也降低了电路设计的难度。

所述主控制模块电路还设有复位时钟电路。所述复位电路包含了门电路以及电容电阻，可选用以上三个构成复位电路，简单而且价格低。所述单片机内部有一个高增益反响放大器，用于构成振荡器，通过在XTAL1和XTAL2两端跨接晶振，再利用芯片的内部振荡电路，构成稳定的自激振荡电器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。

图4是本发明智能电网巡线机器人的三路巡线模块电路示意图。结合图4可知，本发明选用了三个光电传感器，分别安装在巡线机器人前方的左、中、右处，所述巡线传感器全部放在同一条直线上，来控制巡线机器人的方向。巡线原理是当巡线机器人上的光电传感器循到线状标识，输出电平为低电平，把信号传给单片机，使单片机控制电机驱动模块输入口的高低电平，从而来控制巡线机器人的车轮来完成巡线机器人的巡线功能。本发明还采用了双电压比较器，所述双电压比较器的输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受VCC端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。所述双电压比较器内部采用双列直插8脚塑料封装(DIP8)和微形的双列8脚塑料封装(SOP8)。

智能巡线机器人通过车体前部的光电传感器检测线状标识，发送信号到微控制器，然后微控制器对检测信号进行处理，并控制电机校正正偏移量，从而实现巡线功能。如果前部的两个传感器都检测到线状标识，传感器将发出信号，那么后轮的两个电机继续接通运转，驱动巡线机器人前进。但是如果只有一个传感器检测到信号，那么检测到信号的传感器将发出信号，并且该侧的电机继续前进，另一侧停止运转，以便达到转向的目的。

图5是本发明专利的巡线机器人避障模块电路示意图。结合附图5可知，本发明选用红外发射和接收二极管用于巡线机器人的避障模块。所述避障模块为若干成对设置的红外发射和接收管，安装于巡线机器人外廓，所述红外发射管发射出一定量频率的红外线，若巡线机器人任意所述红外发射二极管检测到有障碍物，红外线就会被障碍物发射回来，被所述红外接收管接收，经过电压比较器处理将信号传给主控制模块。

红外接收管能很好地接收红外发射管发射的波长为940nm的红外光信号，而对其他波长的光线则不能接收，从而保证了接收的准确性和灵敏度。将五个红外传感器分别置于巡线机器人的左端、中端和右端。当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块的TTL输出端为高电平，相应的指示发光二极管一直为熄灭状态；当被测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来，且强度足够大，红外接收管导通，此时模块的TTL输出端为低电平，相应的指示发光二极管被点亮。将信号传送给红外接收二极管，经过电压比较器将信号传送给单片机。单片机接收到信号之后进行判断执行相应动作，进而控制智能巡线机器人，使巡线机器人能够自动的躲开障碍物。

由此，利用红外传感器检测道路前方的障碍物，单片机通过检测各传感器的工作状态，并将采集到的数据进行综合分析处理后，产生高低电平控制电机驱动模块工作，实现对巡线机器人方向和速度的控制，从而实现电动巡线机器人自动避障的功能。

图6是本发明专利的电机驱动电路示意图。结合图6可知，本发明的电机驱动模块采用15脚Multiwatt封装的驱动芯片，内部有4通道逻辑驱动电路。利用驱动芯片及其外部辅助电路和电机构成驱动电路。单片机I\O口接驱动芯片的六个输入控制端IN1,IN2,IN3,IN4以及PWM2和PWM2，驱动芯片的两个输出端MOTO1，MOTO2分别接两个电机。D3-D9主要是保护电路，保护驱动芯片烧坏，因为当系统断电时，驱动芯片停止工作，但是电机由于惯性还会继续运动，此时电机相当于一个发电机，向外部电源发电。这个电压如果直接加到输出端就可能引起驱动芯片烧坏。因此，在驱动芯片上设置8个快恢复二极管，把电机断电时所发的电能吸收掉，这样就可以保护驱动芯片不被烧坏。

电机驱动芯片的输入端直接接在单片机上，电机驱动芯片的输出端outA1和outA2接巡线机器人左轮，outB1和outB2接巡线机器人右轮，车轮转动状态的逻辑如表2所示，单片机控制驱动电路输入端的高低电平，使巡线机器人能够行驶，暂停，左转、右转。

表1为电机驱动芯片的逻辑功能表。

表1电机驱动芯片的逻辑功能

图7是本发明专利的电源模块电路示意图。结合附图7可知，本发明的电机驱动模块是基于一片集成电机驱动芯片，一种具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它的响应频率高，只需用一个电机驱动芯片就可以控制两个直流减速电机，并带有控制使能端，性能优良、稳定。所述电机驱动芯片可采用标准TTL逻辑电平信号，VSs可接4.5～7v电压。4脚Vs接电源电压，VS电压范围2.5～46V，输出电流可达到2.5A，可驱动电感负载。本系统驱动电机部分VIN采用12v直流电源供电，巡线机器人运行时通过单片机向该模块INl，IN2，IN3，IN4脚输入控制信息来控制巡线机器人电机的正反转，通过单片机向该模块ENA，ENB脚输入脉冲宽度调制信息从而控制巡线机器人电机的速度。其中电机驱动芯片的5、7引脚作为一个电机的控制信号输入端，10、12引脚作为另一个电机的控制信号输入端。2、3引脚作为一个电机的控制信号输出端，13、14引脚作为另一个电机的控制信号输出端。并通过单片机对电机驱动芯片的输入端进行指令控制，就能实现直流减速电机的正转和反转，从而控制巡线机器人的前进和后退。

图8是本发明智能电网巡线机器人的手机遥控模块电路示意图。结合附图8，手机遥控模块采用双音多频解码芯片，该芯片可以将手机发出的DTMF双音多频信号转化为D0-D3四个信号输出。用D0-D3表示不同的高低电平值，从而解码相应的DTMF信号。然后用解码出来的DTMF信号与单片机进行通信。双音多频DTMF(Dual Tone Multi Frequency)，双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信号有16个编码。利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机。

CCITT(国际电报电话咨询委员会)规定每秒最多按10个键，即每个键时隙最短为100MS，其中音频实际持续时间至少为45MS，不大于55MS，时隙的其他时间内保持静默，因此按键产生双音频信号时，相继的两个信号间隔一段时间；解码器利用这个时间识别出双音频信号，并转换成对应的数字信息，而且要识别出间隙信息。因此流程包含音频任务和静默任务，前者是产生双音频采样值，后者产生静默样值，每个任务结束时，要重置定时器和下一个任务。其中静默任务还要加上一个任务：从数字缓冲区取出数字并解包。解包就是将数字映射为对应的行列音频特性，装载指针指向振荡器特征表对应的正确位置。两个任务轮流执行。由CCITT的规定，数字之间必须有适当长度的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是静音任务，产生静音样本。

每个任务结束后，启动下一个任务前(音频信号任务或静音任务)，都必须复位决定其持续时间的定时器变量。在静音任务结束后，DSP从数字缓存中调出下一个数字，判决该数字。信号所对应的行频和列频信号，并根据不同频率确定其初始化参数。

双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如'1'相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。与单音编码不同，DTMF信号是采用8中取2的方式，从高低两个音组中各取一个音频复合而成来代表0-9十个号码和其他功能码，再加上这8个音频信号的各频率同不存在谐波关系，大大减少了虚假信号灯干扰，因而DTMF信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强。

在编码时将击键或数字信息转换成双音信号并发送，解码时在收到的DTMF信号中检测击键或数字信息的存在性。一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组：行频组或列频组。每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。DTMF信号即双音频信号，最先用于程控电话交换系统来代替号盘脉冲信号，主叫用户摘机按键拨号后，电话号码所对应的DTMF信号通过电话线传到程控交换机中的DTMF接受电路，交换机中的微机识别被叫电话号码后，接通主被叫用户实现双方通话。

DTMF信号还用于自动控制系统，如果把DTMF的发送电路用于主控制模块，接收电路用于被控系统，就可以方便地组成有线或无线通信系统，其通道数视需要而定，16通道以内每通道只需编一位号码即可，若需要更多通道，则可像电话号码编号一样编为两位或两位以上的号码。

电话机中通常有16个按键，其中有10个数字键0～9和6个功能键*、#、A、B、C、D。由于按照组合原理，一般应有8种不同的单音频信号。因此可采用的频率也有8种，故称之为多频，又因它采用分别从高低频中任意抽出1种进行组合来进行编码，所以又称之为“8中取2”的编码技术。根据CCITT的建议，国际上采用的多种频率为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8种。用这8种频率可形成16种不同的组合，从而代表16种不同的数字或功能键。

图9是本发明的数码管显示模块电路示意图。显示模块为四位数码管，用来显示实时的巡线状态。通过数码管上的显示，我们可以清楚的判断巡线机器人是否正常工作，以及工作的状态。当巡线机器人某一路检测到黑底线状标识时，在数码管上对应的位上输出1，当巡线机器人某一路检测到白底线状标识时，在数码管对应的位上输出0。例如当巡线机器人第2、3路传感器检测到黑底线状标识，其他两路检测到白底线状标识时，数码管上显示0110。

在实际的单片机系统中，往往需要多位显示。动态显示应用非常广泛是一种最常见的多位显示方法，用数码管显示测得的数据，数码管有8段而每段必需占用一个单片机的IO口，所以一位数码管必须占个单片机IO口，本次设计采用4位数码管，则需要1932个I/O口，而所述单片机的I/O口只有32个。动态显示能够很好的解决数码管占用单片机IO口过多的问题。

动态显示的原理是多位数码管，交替来进行显示，利用人的视觉暂留效果使人看到好像有多个数码管同时显示。

在编程时，要用单片机控制段选和位选，所谓的位选是选中其中一个数码管，然后利用单片机输出段码，需要显示的数字就能显示在这位数码管上了，延时一段时间后，再选中另一个数码管，再输出对应的段码，高速交替。在动态显示程序中，各个位的延时时间长短是非常重要的，如果延时时间长，则会出现闪烁现象；如果延时时间太短，则会出现显示发暗且有重影。

静态驱动就是给单独每一个LED供电。这样每个LED都有足够的电流，亮度也相应的比较高。动态扫描驱动就是把本来供给一个LED灯的电流，同时分给了N个灯，所以它的亮度会有所降低。当然在同时供给两个LED灯电流时不是平均的分配电流，而是LED间扫描期间电流不断地交替，扫描的频率依据单片机的速度决定，也就是说各位的数码管上的电流在扫描频率内是供个其中一个LED，在下一个扫描频率内是供给了另一个LED。

由上面的分析可以得到限流电阻R的值：

若我们想让这个4位数码管的每段工作时的电流为8mA.Uled为正常工作时的电压取1.7V。则我们可以得出限流电阻的取值为

所以选取100欧的限流电阻。这样每个LED工作时的电流约为8mA.在保证LED能亮的同时不会被烧坏。

根据上面的计算可得每位数码的电流为64mA,8550的集电极电流最大可达1.5A，完全满足设计要求。由于单片机最大的拉电流一般约为2-5mA,所以必须串一个1K的限流电阻，此处的三极管相当于开关作用，控制各位数码管的开关。

图10是本发明智能电网巡线机器人的主程序流程示意图。结合附图10，当智能巡线机器人启动时，巡线机器人开始进行巡线(巡线状标识)，当巡线机器人检测到停止线状标识，即停止行驶。若没有检测到停止线状标识时，则继续巡线状标识。在智能巡线机器人巡线的过程中，若智能巡线机器人有检测到周围存在避障物时，巡线机器人就能进行灵活的避障动作，即能够绕过它检测到的障碍物。躲开障碍物之后，继续进行巡线状标识动作。

具体来说，结合附图11的巡线流程图，当光电对管通过深颜色物体时，由于发射光被吸收很多，能反射出来的光线就小，能被接收管收到的光线就更少；反之，当光电滴灌通过浅颜色物体时，由于发射光被吸收较少，能反射出来的光线就多，能被接收管接收到的光线也随之增多。而光电接收管会随着接收光线的多少而发生电压或电流变化，根据这些电参数变化就可以知道传感器碰到的是深颜色物体还是浅颜色物体。之所以要做成黑底线状标识或白底线状标识，就是为了让电参数变化差异增大，更便于判断。

红外光电对管传输的实际是一个模拟量，并非是一个数字量，一般我们可以通过AD转换器将其变为数字量再进行处理，通过AD转换器可以知道场地的灰度，可以适应不同的场地要求。本发明中由于采用了差动电压比较器，将模拟量通过电压比较器转化为了开关数字量0、1，再传送给单片机。单片机通过判断这些开关数字量就可以得知巡线的状态。启动智能巡线机器人，巡线机器人将自动循着线状标识前进，若当处于巡线机器人正中间的红外传感器检测到有线状标识时，巡线机器人则直行；如果处于巡线机器人的正左边的红外传感器检测到有线状标识时，巡线机器人左转弯；当处于巡线机器人右边的红外传感器检测到有线状标识时，巡线机器人右拐；若此时处于智能巡线机器人左边和中间的红外传感器同时检测到有线状标识时，巡线机器人向左转弯；若处于智能巡线机器人的右边与智正中间的红外传感器都检测到有线状标识时，巡线机器人开始右转。

结合附图12的避障程序流程图，本发明基于红外传感器系统，将五个红外传感器置于巡线机器人的左端、中端、右端，巡线机器人自动检测前方障碍物，并将信号传给单片机，单片机控制舵机，实现左转弯或右转弯，达到避开障碍物的效果。当启动智能巡线机器人时，巡线机器人会直线向前行驶，当五个传感器中的某个或某几个传感器检测到周围有障碍物时，智能巡线机器人会进行相应的避障。

在实际的检测过程中，由于地面不干净或者其他一些因素的干扰，还有可能P1口低四位出现的电平状态不在上述范围之列，例如：0101，1010，111，0111等种情况，我们对其不作处理，让巡线机器人继续保持原来的状态。

在书写程序时我们还要考虑抖动问题，因为可能由于地面的污点，造成程序在瞬间有一个不确定的状态，而这个状态有可能触发单片机执行相应的动作，从而造成巡线机器人在巡线的过程中运行不够稳定。所以当我们检测到某一状态时，应该适当的延时，等待状态稳定再执行相应的函数。

void xunji()

{

unsigned char xj；

P1＝0xff；

xj＝P1&0x0f；

if((xj＝＝0x09)||(xj＝＝0x0b))back()；

if((xj＝＝0x0d)||(xj＝＝0x08)||(xj＝＝0x01))straight()；

if((xj＝＝0x03)||(xj＝＝0x07))right()；

if((xj＝＝0x0c)||(xj＝＝0x0e))left()；

if(xj＝＝0x0f)stop()；

{

stop()；

beep＝1；

delay(500)；

beep＝0；

delay(500)；

straight()；

28

delay(500)；

}

}

电机驱动程序主要包括左转、右转，前进，后退，停止这5个大部分。而左转与右转以根据所偏移轨道的程度再进行细分。

void go()//直行函数

{

M1＝0；

M2＝1；

M3＝0；

M4＝0；

pwm1＝1；

pwm2＝0；

}

//后退

void back()//后退函数

{

M1＝1；

M2＝0；

M3＝0；

M4＝0；

}

//停止

void stop()//停止

{

M1＝0；

M2＝0；

M3＝0；

M4＝0；

}

29

//右转

void run right()

{

M1＝0；

M2＝1；

M3＝0；

M4＝1；

}

//左转

void run left()

{

M1＝0；

M2＝1；

M3＝1；

M4＝0；

}

手机遥控采用的是双音多频解码芯片，可以将手机发出的DTMF(双音多频信号)转化为D0-D3四个信号输出。用D0-D3表示不同的高低电平值，从而解码相应的DTMF信号。然后用解码出来的DTMF信号与单片机进行通信。其程序如下：

go()//手机控制巡线机器人部分

{

switch(DTMF)

{

case 0x08:

straight()；//前进2

P0＝0x05；

break；

case 0x04:

left()；//左转4

30

P0＝0x09；

break；

case 0x0c:

right()；//右转6

P0＝0x0d；

break；

case 0x14:

stop()；//停车5

P0＝0x0b；

break；

case 0x02:

back()；//后退8

P0＝0x11；

break；

case 0x06:P0＝0x19；

xunji()；

break；

case 0x10:P0＝0xf9；break；//1

case 0x18:P0＝0xB0；break；//3

case 0x1c:P0＝0xF8；break；//7

case 0x12:P0＝0x90；break；//9

case 0x0a:P0＝0xC0；break；//0

}

if(sensor＝＝0)P2＝0x00；

}

在本发明专利中公开的不仅限于技术方案、优点和特性的任意特定选取或组合等等，本领域的技术人员都可以认为在本发明专利所阐述的技术方案、优点和特性的各种组合以及变型、简单的改造均构成了在本发明专利中所公开的技术方案。

Claims (10)

1.一种智能电网巡线机器人，包括主控制模块、电机驱动模块、巡线模块、避障模块、电源模块、手机遥控模块和显示模块，所述电源模块为整个系统提供电压，其特征在于，所述避障模块采集信号，回传给所述主控制模块；所述巡线模块收集线状标识信号，并传给所述主控制模块，所述主控制模块发送控制信号给所述电机驱动模块，以控制所述巡线机器人；所述显示模块接收主控制模块发送的巡线机器人行进信号，并显示；所述手机遥控模块发射遥控信号于所述的主控制模块。

2.根据权利要求1所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，所述避障模块为若干成对设置的红外发射和接收管，安装于巡线机器人外廓，所述红外发射管发射出一定量频率的红外线，若巡线机器人任意所述红外发射二极管检测到有障碍物，红外线就会被障碍物发射回来，被所述红外接收管接收，经过电压比较器处理将信号传给主控制模块。

3.根据权利要求2所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，所述巡线模块为复数个光电传感器，所述光电传感器循到线状标识，输出电平为低电平，把该信号传给所述主控制模块，所述主控制模块控制所述电机驱动模块输入口的高低电平，以控制巡线机器人的车轮来完成巡线功能。

4.根据权利要求3所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，所述电机驱动模块的输入端与所述主控制模块连接，所述电机驱动模块的第一输出端outA1和第二输出端outA2接巡线机器人左轮，第三输出端outB1和第四输出端outB2接巡线机器人右轮，所述住控制模块控制电机驱动模块输入端的高低电平，使巡线机器人能够行驶，暂停，左转，右转。

5.根据权利要求4所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，所述显示模块为四位数码管显示电路，用来显示实时的巡线状态；当巡线机器人某一路检测到黑底线状标识时，在数码管上对应的位上输出1，当巡线机器人某一路检测到白底线状标识时，在数码管对应的位上输出0。

6.根据权利要求5所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，所述手机遥控模块为双音多频解码芯片，所述双音频解码芯片将手机发出的双音多频信号转化为D0-D3四个信号输出，解码为相应的DTMF信号，并将所述DTMF信号发射于主控制模块。

7.根据权利要求6所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，所述主控制模块为单片机，所述单片机内部包括一个高增益反响放大器。

8.根据权利要求7所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，还包括复位时钟电路，所述单片机的XTAL1和XTAL2两端跨接晶振，与所述单片机的内部振荡电路连接，构成稳定的自激振荡电器，所述自激振荡电器发出的脉冲送入复位时钟电路。

9.根据权利要求8所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，所述光电传感器为三个，分别安装在巡线机器人前方的左、中、右处，所述光电传感器全部放在同一条直线上。

10.根据权利要求9所述的智能电网巡线机器人，其特征在于，所述红外发射和接收管为3～5对。