機械創(chuàng)新大賽說明書

智能搜救小車參賽單位：襄樊學院物理與電子工程學院參賽團隊隊員：一、創(chuàng)新構思，方案設計1、作品總體方案簡介：本作品是針對事故、災難現(xiàn)場勘測、偵查、搜救等問題而研制的一款災難現(xiàn)場智能搜救小車。第一，在搜救小車上安裝了由傳感器、MCU、液品顯示器等構成的控制與監(jiān)測系統(tǒng)，用以實時監(jiān)控并顯示災難現(xiàn)場（如火災、地震等危險事故現(xiàn)場，人很難達到的地方）的溫、濕度、光線強度、人體紅外線輻射強度等環(huán)境參數(shù)；第二，在小車上安裝攝像頭及無線視屏發(fā)射機，利用無線視頻傳輸系統(tǒng)將由攝像機所拍攝的現(xiàn)場場景、狀況及由控制與監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測到的現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)實時傳送至營救中心，并且在營救中心設置相應的顯示系統(tǒng)進行實時顯示，使遠離危險現(xiàn)場的搜救工作人員能清晰的看到事故現(xiàn)場的場景且及時而準確的了解到災難現(xiàn)場的一些主要環(huán)境狀況，從而有效提高了搜救執(zhí)行效率，進一步減小人員傷亡和財產(chǎn)損失；第三，在小車上與營救中心處安裝了一對對講機，從而可實現(xiàn)小車與營救中心之間聲音信號的雙向傳送，即：營救工作人員可以通過對講機向災難現(xiàn)場發(fā)出搜救聲，同時災難中的幸存者也可以借助對講機向營救中心發(fā)出呼救聲，且當發(fā)現(xiàn)幸存者后就可以通過調(diào)整小車的位置來實現(xiàn)營救中心與待救者的視屏通話，從而為實現(xiàn)有日的、高效率、人性化的遠程救援工作奠定了堅實的基礎；第四，在小車上安裝了探照燈，使該小車在白天和夜晚都能工作。2、作品構思的主要思路：a、采用TI公司生產(chǎn)的高速數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A作主控制器，以AT89C52單片機作為輔助控制器，利用各種傳感器采集環(huán)境參數(shù)，然后送入控制器處理，通過對控制器編制程序，實現(xiàn)對災難現(xiàn)場環(huán)境各項參數(shù)的監(jiān)測；b、采用Sony公司生產(chǎn)的1/3CCD、520線攝像頭拍攝災難現(xiàn)場情景，并采用無線視屏傳輸系統(tǒng)將拍攝的視屏的視屏實時傳輸至觀測點；C、采用摩托羅拉對講機T-5720，實現(xiàn)營救中心與待救者的視屏通話；d、采用27MHZ的無線遙控器控制小車的前、后、左、右的運動。二、創(chuàng)新設計與已有或者相近產(chǎn)品的異同與創(chuàng)新之處1、與相近產(chǎn)品的主要異同點：a、該小車采用MT-UROBOT作為開發(fā)平臺，以DSP芯片TMS320LF2407為主控制芯片以AT89C52單片機作為輔助控制器，且控制器外部有8個AD通道6個DA通道、5個DO通道，硬件擴展空間較大；b、小車上安裝了監(jiān)控、測量及報警、對講機、無線發(fā)射、傳輸?shù)饶K，使得該小車總體功能較強；C、小車的行駛既可以采用低速的履帶式也可以采用高速的橡膠輪胎式，且小車運動采用無線遙控方式，使得小車總體上具有較高的靈活性；d、小車上裝有探照燈，可使小車既能在白天工作，又能在夜晚工作。2、主要創(chuàng)新之處：a、不僅能實時拍攝并傳送現(xiàn)場場景而且還能夠實時顯示災難現(xiàn)場的各項環(huán)境參數(shù)，功能較強、性能穩(wěn)定；b、小車上安裝了對講機，配合攝像機可實現(xiàn)救援人員與被救者之間的視屏通話；C、硬件可擴展空間較大，可以根據(jù)不同情況的需要擴展其它的各種傳感器，進一步增強小車的功能；d、軟件設計采用模塊化編程，嚴謹合理、可移植性強、執(zhí)行效率較高；e、小車的運動控制采用無線遙控方式，靈活度較高。三、創(chuàng)新設計作品的主要功能指標及工作原理1、作品的主要功能指標：a、主控制器TMS320LF2407是TI公司最新推出的高性能16位DSP，是240X家族中的新成員，是定點DSPC2000平臺系列中的一員，它集C2XX內(nèi)核增強型TMS320設計結構及適用于控制的低功耗、高性能、優(yōu)化外圍電路于一體，CPU內(nèi)部采用增強型哈佛結構，四級流水線作業(yè)，性對于過去的16位的微處理器和微控制器，具有更高的性能和可靠性、穩(wěn)定性；b、各種傳感器的主要功能指標:溫度測量范圍為0—100°C，濕度測量范圍為0—100%，光強測量范圍為0—500lx，紅外熱釋電傳感器可接受波長在7—10以m的紅外線，有效距離分為近距離的3m和遠距離的10m兩種，可通過調(diào)節(jié)傳感器上的跳線帽來自由選擇；C、無線視屏傳送模塊主要性能指標：發(fā)射機功率為800mW，工作頻段為1.2G——1.3GHZ，可支持8個頻道音視頻同步，攝像頭分辨率高達520線，可視角度范圍為60°，且攝像頭可在遙控器的控制下自由旋轉任意角度，則不用轉動小車就能拍攝到小車周圍所有場景，接收機頻率為0.9G/1.2G/1.3G，發(fā)射機和接收機都采用12VDV供電，視屏顯示可采用寬屏mp4,也可將直接用PC機的顯示器顯示；d、采用摩托羅拉T-5720型對講機，頻率范圍為462.5625MHZ-467.7125MHZ,22個頻道，38個靜音碼，QT抗干擾功能，通話距離：理論值8公里（開闊地，無障礙物），在市區(qū)1公里左右；e、小車的運動控制采用27MHZ無線遙控方式，橡膠輪式平均運行速度為0.5m/s，履帶式平均速度為0.2m/s，運動的主要動力由Li-ion鋰離子聚合物電池提供，電池容量為2000mAh，可持續(xù)供電2h。2、作品工作原理簡介：利用無線遙控器控制小車向任意方向運動，小車在運動的同時，車上的傳感器和控制器及顯示器將小車所處環(huán)境的各項參數(shù)實時采集、處理并在128X64液晶上顯示出來，并且還增設了報警電路，即：當在小車附近3m或10m（這個范圍可根據(jù)具體情形及需要通過改變紅外熱釋電傳感器上的跳線帽來選擇）范圍有人存在時，紅色LED燈閃爍同時蜂鳴器鳴叫，當溫度高于40°C時，綠色LED燈閃爍，當濕度大于50%時，藍色LED燈閃爍，當光線強度低于100lx時，黃色LED燈閃爍，同時打開探照燈。（這些臨界參數(shù)都可以根據(jù)具體的情形及需要，通過更改程序來實現(xiàn)靈活的設置）通過調(diào)節(jié)攝像頭的角度可將攝像頭對準小車上的顯示器拍攝，那么在觀測區(qū)的救援人員就能看到災難現(xiàn)場的各項環(huán)境參數(shù)，當通過紅外熱釋電傳感器發(fā)現(xiàn)幸存者后，就可以通過遙控器一邊調(diào)節(jié)攝像頭的角度一邊控制小車的移動，從而定向地尋找幸存者！當小車靠近被救者后，就可采用對講機呼叫進行通話！在整個搜救的過程當中攝像頭都會將現(xiàn)場的各種狀況實時的傳送到觀測點，使救援人員能夠清楚的看到現(xiàn)場的狀況，而且整個過程中都可隨時采用對講機呼叫。

整個裝置工作流程圖:四、創(chuàng)新設計作品運動分析和動力分析1、作品運動分析：小車的運動有履帶式和橡膠輪式兩種，（根據(jù)需要可隨意更換）履帶傳送式運行較穩(wěn)定且有一定的爬坡越障能力，當小車在坎坷不平的路面行進時可采用這種方式；相比于履帶式輪式具有相對較高的運行速度和靈活性，當小車在平坦的路面行進時

可采用這種方式。在遙控器的控制下，小車可以自由實現(xiàn)前進、后退、左轉、右轉，具有較高的靈活性。2、作品動力分析：直流電機在一定電壓下，轉速與轉矩成反比;如果改變電壓，則轉速轉矩先隨著電壓的升降而升降，（如下圖）當負載一定時（即轉矩一定時），降低電壓，對應的轉速n1，n2不同，n1〉n2，這樣就可實現(xiàn)電機的調(diào)速。小車采用的是改變電機電壓的方式來改變電機的轉速。無線遙控器發(fā)出的信號時方波，不同的方波它的平均電壓不同，我們就利用這一點來實現(xiàn)小車的速度控制。采用不同的脈寬調(diào)節(jié)平均電壓的高低，進而調(diào)節(jié)電機的轉速，及脈寬調(diào)制（PWM，PulseWidthModulation）。通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)輸入到電機的平均電壓。五、實用化的可能性、成本分析及應用前景1、實用化的可能性分析：該小車就是針對災難時的搜救這個實際問題而研發(fā)的一款智能搜救小車，小車研發(fā)的意義與實際緊密結合，且各項技術指標良好，性能、功能都比較穩(wěn)定，因此該小車實用化的可能性還是比較大的。2、成本分析：該小車總體造價二傳感器及控制模塊300.00元+無線視屏傳輸模塊1500.00元+小車及遙控器總體構架200.00元+對講機360.00元=2360.00元，這只是根據(jù)本次研制過程大致估計的，若批量生產(chǎn)，成本會大大降低，可見該小車的性價比還比較可觀。3、應用前景分析：作為一個智能化控制系統(tǒng)，無論是在經(jīng)濟還是在科研教育方面都有較高的應用價值，市場前景比較廣闊。其主要應用有以下幾方面：a、災難現(xiàn)場搜救，具有較高的實用價值和經(jīng)濟效益；b、可作為大中專院校學生畢業(yè)設計或科研項日，對大學生科研活動也具有很好的示范作用；C、由于該