CN205067744U - 一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，包括移动控制终端和探测装置；探测装置安装于自动行走小车上，探测装置包括主控模块、WIFI定位模块、探测模块、驱动装置和无线通信模块；探测模块包括红外测距传感器、角度传感器和红外摄像头；驱动装置包括可伸缩的横杆和纵杆，横杆电机和纵杆电机，横杆的一端通过连接结构与纵杆顶端相连，另一端安装红外测距传感器和红外摄像头，本实用新型可远程控制探测装置在指定范围内利用可伸缩探测杆携带探测仪器探测障碍物并在终端显示所测区域障碍物分布图，使得研究人员能够实时准确并且更为全面的接收到区域障碍信息。

Description

一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统

技术领域

本实用新型涉及一种障碍物探测系统，尤其涉及一种在指定区域内的基于移动终端控制和范围可调装置的障碍物探测系统。

背景技术

现实生活中，很多探测区域不方便人直接进出，例如一些灾害现场、毒气侵略现场、破案现场、隧道、狭小勘测现场，这时就需要用到一些远程控制装置，随着科学技术的日渐发展社会上出现了许多种探测障碍物的装置，例如超声波探测仪，红外探测仪等。

但是，目前一些探测装置在远程控制及实时全面分析探测区域障碍物分布情况方面存在缺陷，在此背景下，为了方便研究人员实时接收分析区域障碍物信息，设计一种基于移动终端控制和范围可调装置的障碍物探测系统是本实用新型的研究课题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术中存在的上述或其他缺陷，提出一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，以实现远程控制探测装置进行探测任务，通过可调节探测杆空间运动实现范围灵活变动，探测全面。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统,包括移动控制终端和探测装置；所述探测装置安装于自动行走小车上，探测装置包括主控模块、WIFI定位模块、探测模块、驱动装置和无线通信模块；所述WIFI定位模块、探测模块、驱动装置和无线通信模块分别与主控模块相连；所述探测模块包括红外测距传感器、角度传感器和红外摄像头；所述驱动装置包括可伸缩的横杆和纵杆，横杆电机和纵杆电机，横杆的一端通过连接结构与纵杆顶端相连，另一端安装所述红外测距传感器和红外摄像头。

作为优选，所述连接结构为电动全向云台，所述云台的基座固定在纵杆顶端，横杆端部固定于云台的可转动部位，所述角度传感器安装在云台上。

作为优选，所述横杆在水平方向旋转角度范围为0至360度，在竖直方向旋转角度范围为-90至90度。

作为优选，所述移动控制终端通过无线通信网络向探测装置和小车发送控制信号，并接收探测装置上传的小车位置信息、障碍物位置信息以及红外摄像头拍摄的视频数据；所述控制信号包括小车移动控制信号，红外摄像头开关信号，横杆伸缩信号，纵杆伸缩信号，以及云台旋转信号。

作为优选，所述无线通信模块为WIFI模块。

作为优选，所述探测装置还包括电源模块和降压模块，所述电源模块输出5V电压，降压模块与电源模块相连，输出3.5V电压和3.3V电压，3.5V电压输出端与横杆电机和纵杆电机的电源端连接。

作为优选，所述横杆由若干层铝管相套叠制成，横杆的伸缩范围为10CM至100CM。

有益效果：本实用新型的范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，根据WIFI定位模块、探测模块通过无线方式向移动控制终端传送的采集的小车位置和障碍物位置等信息，移动控制终端可在已有电子地图上标记接收到的障碍物信息形成指定区域障碍物分布状况图。并且针对探测范围有限的问题，设计了一种长度可伸缩，角度可调的横纵杆组成的探测杆驱动装置，灵活调节探测范围。方便了研究人员实时准确并且更为全面的接收到区域障碍信息。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，结合附图对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型的系统原理框图。

图2是本实用新型的驱动装置和探测模块等模块的物理结构示意图。

图3是本实用新型的驱动装置和探测模块的俯视示意图。

图4是本实用新型的主控制器管脚连接图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步的描述如下：

如图1所示，本发明实施例公开的一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，主要包括移动控制终端和探测装置两大部分。移动终端所选硬件设备为笔记本电脑（或智能手机），在上位机内设计核心控制软件，用于远程对探测装置进行操控。探测装置安装于可自动行走小车上，探测装置主要包括主控模块、WIFI定位模块、探测模块、驱动装置和无线通信模块。WIFI定位模块、探测模块、驱动装置和无线通信模块分别与主控模块相连。主控模块以单片机为核心（包含STC12C5A60S2芯片，UART、SPI等各接口转换电路），控制探测装置上各模块工作。

WIFI定位模块用于获取小车位置信息，并将小车位置信息发送至移动控制终端。其工作原理是通过无线信号强度（RSSI）方式，设备附近无线信号被记录下来，定位引擎中预设有无线信号的设置原型，定位引擎识别RSSI值，系统计算出地图中二维坐标，应用程序发送RSSI到定位引擎，定位引擎计算客户程序并发送定位信息给应用程序完成准确定位。小车位置信息发送至移动控制终端后，终端上的应用程序可在已有电子坐标地图上标志出来。同时，探测装置探测到障碍物时，障碍物距离角度信息发送到终端，在已有电子地图此时小车所处位置标出障碍物距离小车的距离和角度，最终可形成探测区域障碍物分布显示图。

如图2所示，探测模块安装在小车1上，底座下方安装有4个圆盘式小车轮11，由电机驱动，接收移动终端2命令，实现装置前后左右移动。探测模块主要由红外测距传感器9、角度传感器8、红外摄像头10等传感器组成，用于障碍物的探测工作。驱动装置主要由长度可调节式探测横杆4和纵杆3、驱动横杆4和纵杆3伸缩运动的横杆电机6和纵杆电机5，以及两杆之间的连接结构，连接结构可采用电动全向云台7。横杆4一端利用固定胶固定于全向云台7表面可转动部位，全向云台7在其对应电机控制下转动时带动横杆4转动（横杆4在水平方向0-360度范围内旋转，在竖直方向旋转上下90度），另外，全向云台7基座固定在纵杆3顶端，纵杆3底端固定在小车1底座。另外，在横杆4另一端固定红外摄像头10，红外测距传感器9，全向云台7表面固定有角度传感器8。测量角度以小车纵杆垂直位置为基准。全方位云台内部有两个电机，分别负责云台的上下和左右各方向的转动。远程终端发送命令，可以控制其转动以及移动的方向的。云台接收到上、下动作电压时，垂直电机转动，经减速箱带动垂直传动轮盘转动；当接到左、右动作电压时，水平电机转动并经减速箱带动云台底部的水平齿轮盘转动，同时带动端部固定于其上的横杆转动。探测模块探测到障碍物时，将小车位置信息及障碍物距小车距离、角度信息通过无线通信模块发送至移动终端，在电子地图上小车位置做标记（即距离小车所处位置的距离及角度）显示所测区域障碍物分布状况图。无线通信模块可选用3G/4G通信模块或WIFI模块，本实施例以WIFI模块为例。探测模块将采集到的有效信号传输到A/D转换器进行模数转换，转换后的数据通过16位差分数据总线传输到处理器，而后处理器将处理后的数据通过SPI总线传输到无线传输模块，传送到移动终端。

横、纵杆可由若干层铝管相套叠制成，伸缩范围为10CM至100CM。横杆结构可为最外层有一根粗铝管，里边每层都嵌套一圈铝管，环环相套，呈现可伸缩形态，可以层层拉升或收缩，伸缩距离可自定义，杆在其对应电机带动下，从最内层铝管开始向外实现伸缩。纵杆结构可为两端铝管最粗，向内设计细一点的铝管，层层嵌套，纵杆电机带动纵杆伸缩。横纵杆伸缩及万向转动扩大了探测范围。图3为驱动装置的俯视示意图，横杆在水平方向上转动一定的角度。

电源模块可选用5V充电电池，给各模块供电，另外接降压模块，用于将5V电压转换成直流电机所需的3.5V左右电压，3.5V电压输出端与横杆电机和纵杆电机的电源端连接，防止探测杆运动速度过快，难以探测障碍物。降压模块还用于给WIFI模块降压至3.3V左右工作电压。

移动控制终端硬件设备可选用笔记本电脑，在其内安装控制软件，用于远程对探测装置进行操控。移动控制终端向探测装置发送的控制信号主要包括小车移动控制信号（包括前、后、左、右移动），红外摄像头开、关信号，驱动装置操控信号（横杆伸、缩，纵杆伸、缩，云台旋转等），控制软件基于接收的小车信息和障碍物位置信息，结合地图可显示探测区域障碍物分布图。

图4为探测装置主控制器芯片管脚连接图，SHARP红外传感器DB0~DB7引脚接STC12C5A60S2芯片P1.0~1.7管脚，VIN与VRCF和ANDQ引脚连接，RD接CS、VREF；芯片自带A/D转换，A/D转换模块接P1口；角度传感器核心芯片为UZZ9001，其CLK、DATA、CS引脚与STC12C5A60S2芯片SPI接口连接。WIFI模块的USB-DP和USB-DN引脚分别与单片机芯片的P3.0/RXD和P3.1/TXD连接。

本实用新型的探测系统的具体使用方法如下：

1）在某测量环境内，通过移动终端发送小车运动命令至无线接收器，传至单片机，对应电机启动，带动小车开始运动，同时摄像头开启，终端通过摄像画面掌握区域内情况，WIFI无线定位模块启动工作。通过无线信号强度（RSSI）方式，设备附近无线信号被记录下来，定位引擎中预设有无线信号的设置原型，定位引擎识别RSSI值，系统计算出地图中二维坐标，应用程序发送RSSI到定位引擎，定位引擎计算客户程序并发送定位信息给应用程序完成准确定位。移动终端控制软件在已有电子地图上标记小车位置。

2）到达探测区域，控制小车停住，移动终端发送命令至单片机，直流电机驱动控制纵杆升降，横杆伸缩。安置在横杆顶端的红外测距传感器开始测距、云台表面的角度传感器开始测角。

3）如果没有发现目标，则移动终端根据WIFI定位模块所传送位置信息标记在电子地图上的小车的运动轨迹，判断哪些区域还未探测，发送相应命令至单片机，控制小车移动，横杆伸缩、转动，纵杆升降探测。

4）探测进行时，为保证全面探测，横杆在全向云台工作带动下在水平方向可旋转360度扫描，在竖直方向可与水平面形成一定角度，上下90度扫描。在某位置定住，再次在水平方向旋转360度探测障碍物，纵杆可升降，伸缩距离可自定义，待长度固定后，由对应电机驱动，横杆开始转动，首先在竖直方向以横纵杆交点为轴心，上下90度旋转，停在某位置，再在水平方向360度旋转，实现探测范围可调节功能，进行全方位探测。直至发现目标，单片机内部程序进行计算，将算得的距离角度数据暂存在单片机内，然后单片机将数据信息通过无线方式发送至移动终端，移动终端接收数据后分析处理。探测到障碍物信息包括与探测小车操纵杆固定点距离，角度；存储到单片机通过无线方式将障碍物位置信息发送到移动终端。

5）此后，移动终端又开始发送命令，进行新一轮的探测工作，重复上述2）至4)步骤。

6）移动终端根据摄像头所传信息实时显示探测区域内画面，再由WIFI定位系统定位的小车位置信息，且结合障碍物信息，共同发送至移动终端，显示探测区域障碍物分布状况图（在图上标记障碍物据小车的距离角度）。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (7)

1.一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，其特征在于，包括移动控制终端和探测装置；所述探测装置安装于自动行走小车上，探测装置包括主控模块、WIFI定位模块、探测模块、驱动装置和无线通信模块；所述WIFI定位模块、探测模块、驱动装置和无线通信模块分别与主控模块相连；所述探测模块包括红外测距传感器、角度传感器和红外摄像头；所述驱动装置包括可伸缩的横杆和纵杆，横杆电机和纵杆电机，横杆的一端通过连接结构与纵杆顶端相连，另一端安装所述红外测距传感器和红外摄像头。

2.根据权利要求1所述的一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，其特征在于：所述连接结构为电动全向云台，所述云台的基座固定在纵杆顶端，横杆端部固定于云台的可转动部位，所述角度传感器安装在云台上。

3.根据权利要求2所述的一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，其特征在于：所述横杆在水平方向旋转角度范围为0至360度，在竖直方向旋转角度范围为-90至90度。

4.根据权利要求1所述的一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，其特征在于：所述移动控制终端通过无线通信网络向探测装置和小车发送控制信号，并接收探测装置上传的小车位置信息、障碍物位置信息以及红外摄像头拍摄的视频数据；所述控制信号包括小车移动控制信号，红外摄像头开关信号，横杆伸缩信号，纵杆伸缩信号，以及云台旋转信号。

5.根据权利要求1所述的一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，其特征在于：所述无线通信模块为WIFI模块。

6.根据权利要求1所述的一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，其特征在于：所述探测装置还包括电源模块和降压模块，所述电源模块输出5V电压，降压模块与电源模块相连，输出3.5V电压和3.3V电压，3.5V电压输出端与横杆电机和纵杆电机的电源端连接。

7.根据权利要求1所述的一种范围可调式移动终端控制型障碍物探测系统，其特征在于：所述横杆由若干层铝管相套叠制成，横杆的伸缩范围为10CM至100CM。