CN210954677U

CN210954677U - 一种用于灾后环境监测的智能小车

Info

Publication number: CN210954677U
Application number: CN201922135692.1U
Authority: CN
Inventors: 田大雕; 向强
Original assignee: Southwest Minzu University
Current assignee: Southwest Minzu University
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2029-12-03

Abstract

本实用新型公开了一种用于灾后环境监测的智能小车，属于灾后环境监测小车领域。一种用于灾后环境监测的智能小车，包括：车体和主体外壳，所述车体上方固定安装有主体外壳，所述主体外壳左侧内部固定安装有主控CPU、外部电源、WIFI模块和UWB定位模块，所述主体外壳右侧内部固定安装有可燃气体传感器、温湿度传感器和有害气体传感器，所述主体外壳上方固定安装有摄像头支撑机构，所述摄像头支撑机构上端与驱动外壳右端前后两侧活动连接，所述驱动外壳左端与固定外壳右端固定连接；本实用新型解决了现有技术中存在的定位精度不高导致求生员获取灾区环境数据滞后、不能够第一时间准确知道求救人员的定位以及灾区地面损坏情况等信息的问题。

Description

一种用于灾后环境监测的智能小车

技术领域

本实用属于灾后环境监测小车领域，尤其涉及一种用于灾后环境监测的智能小车。

背景技术

随着社会经济的高度发展，人类对各种资源的开发利用的同时，也给我们的生存环境带来了不同程度上的破坏，随着引起灾害的频繁发生，比如地震、森林火灾、海啸等自然灾害，还有煤矿开采塌方、仓库失火等人为因素灾害。不管是哪种灾害，往往会因为不知受灾区情况、救生人员无法准确定位等因素，从而错失最佳的救灾时间。

目前用于灾后环境监测的运用中，包括有害气体浓度监测、灾区图片获取、人员定位三大功能。对于气体浓度获取主要是：主控单片机和有害气体传感器直接相接，进而将环境中的一氧化碳、PM2.5、可燃气体、温湿度等信息显示在主控单片机上，利用可控无人机携带单片机进入灾区获取，同时利用WIFI或蓝牙模块，对无人机和求救人员进行定位。

但是，在现在的环境监测运用中，一般都是采用各种传感器直接与数据显示屏直接整合在一起并通过飞行的无人机携带监测、人员定位时候利用WIFI和蓝牙定位，这种定位精度不高。这样就会导致求生员获取灾区环境数据滞后、不能够第一时间准确知道求救人员的定位以及灾区地面损坏情况等信息，从而失去救援的最佳时间。

实用新型内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的定位精度不高导致求生员获取灾区环境数据滞后、不能够第一时间准确知道求救人员的定位以及灾区地面损坏情况等信息的问题，本实用新型提出了一种用于灾后环境监测的智能小车，以解决上述问题。

2．技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种用于灾后环境监测的智能小车，包括：车体和主体外壳，所述车体上方固定安装有主体外壳，所述主体外壳左侧内部固定安装有主控CPU、外部电源、WIFI模块和UWB定位模块，所述主体外壳右侧内部固定安装有可燃气体传感器、温湿度传感器和有害气体传感器，所述主体外壳上方固定安装有摄像头支撑机构，所述摄像头支撑机构上端与驱动外壳右端前后两侧活动连接，所述驱动外壳左端与固定外壳右端固定连接，所述固定外壳左端与挡尘板右端固定连接，所述驱动外壳内部固定安装有驱动机构，所述驱动机构前后两侧与摄像头支撑机构活动连接，所述固定外壳内部固定安装有摄像装置。

优选地，所述主控CPU采用STM32F103作为主控板开发，所述WIFI模块采用ESP8266，所述温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器，所述有害气体传感器采用MQ135气体传感器，所述可燃气体传感器、温湿度传感器和有害气体传感器与主控CPU之间电性连接，所述主控CPU与外部电源之间电性连接，所述主控CPU与UWB定位模块和WIFI模块之间电性连接，所述WIFI模块与外部云端信号连接。

优选地，所述驱动机构包括：伺服电机、转动齿轮、传动齿轮、第一转动杆、转动斜齿轮、传动斜齿轮和传动轴，所述驱动外壳右端内部固定安装有伺服电机，所述伺服电机主轴前端与转动齿轮轴心固定连接，所述转动齿轮前后两侧与传动齿轮啮合连接，所述传动齿轮轴心与第一转动杆固定连接，所述第一转动杆前后两端与驱动外壳内壁活动连接，所述转动斜齿轮后侧与传动斜齿轮啮合连接，所述传动斜齿轮轴心与传动轴前端固定连接，所述传动轴后端贯穿驱动外壳与摄像头支撑机构固定连接。

优选地，所述支撑机构包括：固定杆、第二转动杆和传动杆，所述传动轴靠外一侧与固定杆上端固定连接，所述固定杆下端与主体外壳上表面固定连接，所述固定外壳下表面右端前后两侧与传动杆上端通过转轴活动连接，所述传动杆下端通过转轴与第二转动杆上端活动连接，所述第二转动杆下端通过转轴与主体外壳上表面活动连接。

3．有益效果：

1．本实用新型能够实时高精度地监测小车和人员的定位，在受灾附近搭建基站，小车通过携带标签发送无线脉冲，基站接受来自标签的脉冲，利用标签发送信号脉冲到达的时间差计算出位置距离，利用TDOA测量算法来获取标签的原始位置坐标，最后通过窗口滤波算法对原始数据进行处理，从而得出误差不超过20cm的高精度定位信息。在获取环境数据时，主要利用STM32单片机作为主控板，并结合多种传感器获取灾区的可燃气体、PM2.1、温湿度等信息，并且结合Android开发软件，最用通过WIFI模块将数据传送至手机端，这样便能实时获取灾区的环境数据。

2．本实用新型还设置有驱动机构和摄像支撑机构，在使用的时候通过启动伺服电机带动转动齿轮转动，带动传动齿轮转动，带动第一转动杆转动，带动转动斜齿轮转动，带动传动斜齿轮转动，带动传动轴转动，带动装置围绕固定杆转动，带动第二转动杆移动，带动传动杆转动，从而改变摄像头的角度和探测方向。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种用于灾后环境监测的智能小车的整体结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种用于灾后环境监测的智能小车的拆分结构示意图；

图3为本实用新型提出的一种用于灾后环境监测的智能小车的A放大结构示意图；

图4为本实用新型提出的一种用于灾后环境监测的智能小车的标签模块硬件组图；

图5为本实用新型提出的一种用于灾后环境监测的智能小车的定位基站原理框图图；

图6为本实用新型提出的一种用于灾后环境监测的智能小车的原理框架图；

图7为本实用新型提出的一种用于灾后环境监测的智能小车的系统定位框架图。

图中标号说明：

101车体、102主体外壳、103主控CPU、104外部电源、105WIFI模块、106可燃气体传感器、107温湿度传感器、108有害气体传感器、109驱动外壳、110固定外壳、111挡尘板、112摄像装置、113UWB定位模块、201伺服电机、202转动齿轮、203传动齿轮、204第一转动杆、205转动斜齿轮、206传动斜齿轮、207传动轴、301固定杆、302第二转动杆、303传动杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1：

一种用于灾后环境监测的智能小车，包括：车体101和主体外壳102，车体101上方固定安装有主体外壳102，主体外壳102左侧内部固定安装有主控CPU103、外部电源104、WIFI模块105和UWB定位模块113，主体外壳102右侧内部固定安装有可燃气体传感器106、温湿度传感器107和有害气体传感器108，主体外壳102上方固定安装有摄像头支撑机构，摄像头支撑机构上端与驱动外壳109右端前后两侧活动连接，驱动外壳109左端与固定外壳110右端固定连接，固定外壳110左端与挡尘板111右端固定连接，驱动外壳109内部固定安装有驱动机构，驱动机构前后两侧与摄像头支撑机构活动连接，固定外壳110内部固定安装有摄像装置112。

主控CPU103采用STM32F103作为主控板开发，WIFI模块105采用ESP8266，温湿度传感器107采用DHT11数字温湿度传感器，有害气体传感器108采用MQ135气体传感器，可燃气体传感器106、温湿度传感器107和有害气体传感器108与主控CPU103之间电性连接，主控CPU103与外部电源104之间电性连接，主控CPU103与UWB定位模块113和WIFI模块105之间电性连接，WIFI模块105与外部云端信号连接。

驱动机构包括：伺服电机201、转动齿轮202、传动齿轮203、第一转动杆204、转动斜齿轮205、传动斜齿轮206和传动轴207，驱动外壳109右端内部固定安装有伺服电机201，伺服电机201主轴前端与转动齿轮202轴心固定连接，转动齿轮202前后两侧与传动齿轮203啮合连接，传动齿轮203轴心与第一转动杆204固定连接，第一转动杆204前后两端与驱动外壳109内壁活动连接，转动斜齿轮205后侧与传动斜齿轮206啮合连接，传动斜齿轮206轴心与传动轴207前端固定连接，传动轴207后端贯穿驱动外壳109与摄像头支撑机构固定连接。

支撑机构包括：固定杆301、第二转动杆302和传动杆303，传动轴207靠外一侧与固定杆301上端固定连接，固定杆301下端与主体外壳102上表面固定连接，固定外壳110下表面右端前后两侧与传动杆303上端通过转轴活动连接，传动杆303下端通过转轴与第二转动杆302上端活动连接，第二转动杆302下端通过转轴与主体外壳102上表面活动连接。

本实用新型能够实时高精度地监测小车和人员的定位，在受灾附近搭建基站，小车通过携带标签发送无线脉冲，基站接受来自标签的脉冲，利用标签发送信号脉冲到达的时间差计算出位置距离，利用TDOA测量算法来获取标签的原始位置坐标，最后通过窗口滤波算法对原始数据进行处理，从而得出误差不超过20cm的高精度定位信息。在获取环境数据时，主要利用STM32单片机作为主控板，并结合多种传感器获取灾区的可燃气体、PM2.1、温湿度等信息，并且结合Android开发软件，最用通过WIFI模块将数据传送至手机端，这样便能实时获取灾区的环境数据。本实用新型还设置有驱动机构和摄像支撑机构，在使用的时候通过启动伺服电机201带动转动齿轮202转动，带动传动齿轮203转动，带动第一转动杆204转动，带动转动斜齿轮205转动，带动传动斜齿轮206转动，带动传动轴207转动，带动装置围绕固定杆301转动，带动第二转动杆302移动，带动传动杆303转动，从而改变摄像头的角度和探测方向。

实施例2：基于实施例1但有所不同的是；

本系统中使用UWB超宽带技术对智能小车和求生人员进行定位。本定位系统利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，不需常规窄带调制所需的RF频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。频谱形状可通过甚窄持续单脉冲形状和天线负载特征来调整。UWB信号的辐射非常低，通常只有手机辐射的千分之一。UWB能准确分辨出多径，具有纳秒级的高时钟精度，在定位测距中，可以实现分米级的定位精度。其系统发射功率非常小，可以用小于1mW的发射功率完成通信，大大延长了系统电源工作时间。定位系统框架如图7所示。

其中，在定位工作时，又分为基站和标签两个模块。标签采用3.3V电池供电，锚节点采用USB或者电池供电。定位标签为基于DW1000模组设计的有源标签，定位精度最高可达10cm。标签发出的UWB脉冲信号，通过定位基站（定位传感器）接收和传输。每个标签都有唯一的ID号，可通过ID号与被定位的对象发生联系，使定位基站通过标签发出的脉冲信号找到实际位置。定位标签搭载三轴运动探测器以提供功能扩展，采用单节锂电池供电，具体硬件模组如图4所示。定位基站（定位传感器）可以通过标签发送信号脉冲到达的时间差计算出位置距离，利用TDOA测量算法确定标签的位置坐标，并将数据传输至网络控制及定位引擎软件，系统可以实现厘米级的定位精度。出于简化部署的诉求，定位基站以有线网络部署，以POE方式供电。如图5所示为其原理框图，对于环境数据的获取，本系统利用STM32F103为主控板开发，结合温度传感器、湿度传感器和可燃气体传感器结合，来获取数据，并通过WIFI模块，链接云端，并且基于Android开发，将实时监测数据传到用户APP端。原理框图见图6。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于灾后环境监测的智能小车，包括：车体（101）和主体外壳（102），其特征在于：所述车体（101）上方固定安装有主体外壳（102），所述主体外壳（102）左侧内部固定安装有主控CPU（103）、外部电源（104）、WIFI模块（105）和UWB定位模块（113），所述主体外壳（102）右侧内部固定安装有可燃气体传感器（106）、温湿度传感器（107）和有害气体传感器（108），所述主体外壳（102）上方固定安装有摄像头支撑机构，所述摄像头支撑机构上端与驱动外壳（109）右端前后两侧活动连接，所述驱动外壳（109）左端与固定外壳（110）右端固定连接，所述固定外壳（110）左端与挡尘板（111）右端固定连接，所述驱动外壳（109）内部固定安装有驱动机构，所述驱动机构前后两侧与摄像头支撑机构活动连接，所述固定外壳（110）内部固定安装有摄像装置（112）。

2.根据权利要求1所述的一种用于灾后环境监测的智能小车，其特征在于：所述主控CPU（103）采用STM32F103作为主控板开发，所述WIFI模块（105）采用ESP8266，所述温湿度传感器（107）采用DHT11数字温湿度传感器，所述有害气体传感器（108）采用MQ135气体传感器，所述可燃气体传感器（106）、温湿度传感器（107）和有害气体传感器（108）与主控CPU（103）之间电性连接，所述主控CPU（103）与外部电源（104）之间电性连接，所述主控CPU（103）与UWB定位模块（113）和WIFI模块（105）之间电性连接，所述WIFI模块（105）与外部云端信号连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于灾后环境监测的智能小车，其特征在于：所述驱动机构包括：伺服电机（201）、转动齿轮（202）、传动齿轮（203）、第一转动杆（204）、转动斜齿轮（205）、传动斜齿轮（206）和传动轴（207），所述驱动外壳（109）右端内部固定安装有伺服电机（201），所述伺服电机（201）主轴前端与转动齿轮（202）轴心固定连接，所述转动齿轮（202）前后两侧与传动齿轮（203）啮合连接，所述传动齿轮（203）轴心与第一转动杆（204）固定连接，所述第一转动杆（204）前后两端与驱动外壳（109）内壁活动连接，所述转动斜齿轮（205）后侧与传动斜齿轮（206）啮合连接，所述传动斜齿轮（206）轴心与传动轴（207）前端固定连接，所述传动轴（207）后端贯穿驱动外壳（109）与摄像头支撑机构固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于灾后环境监测的智能小车，其特征在于：所述支撑机构包括：固定杆（301）、第二转动杆（302）和传动杆（303），所述传动轴（207）靠外一侧与固定杆（301）上端固定连接，所述固定杆（301）下端与主体外壳（102）上表面固定连接，所述固定外壳（110）下表面右端前后两侧与传动杆（303）上端通过转轴活动连接，所述传动杆（303）下端通过转轴与第二转动杆（302）上端活动连接，所述第二转动杆（302）下端通过转轴与主体外壳（102）上表面活动连接。