CN107065892A - 无线控制的灾后生命探测及环境数据采集搜救车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线控制的灾后生命探测及环境数据采集搜救车。本发明包括主控芯片、电源模块、自动避障及测距模块、电机驱动模块、图像采集及人脸检测模块、烟雾与一氧化碳检测模块、火焰检测模块、环境光检测模块、照明模块、温湿度检测模块、热释电生命检测模块、wifi通信模块、环境场景特征绘制模块。本发明体积较小，能够进入人无法进入的危险狭小的空间进行探测救援，采用了自主设计的自动避障解决方案，实现了在复杂地形的避障，同时，在避障***无法处理的场景下，可以将工作模式转为手动操作，可以持续进行有效搜救，最大限度的减少人员伤亡。
Description
技术领域
本发明涉及微型智能车领域，具体是一种能够采集灾后等恶劣环境的场景数据传回上位机操作及通过wifi通信进行无线控制的搜救车。
背景技术
近年来，随着世界各地地震等自然灾害频繁发生，及时有效的灾后救援具有极其重要的意义。我国目前在灾害紧急救援技术方面还十分薄弱，主要依靠人力、搜救犬以及生命探测装置进行生命探测。人力和探测犬探测效率比较低下，且受周边情况影响严重。
现有生命探测装置均存在着受现场环境影响较大、搜索空间范围小、搜索速度慢、缺乏快速定位能力等缺点，远远满足不了灾后废墟埋压的被困人员大范围快速搜救的需求。而随着物联网的普及以及仪器仪表的高度智能化，传统方式的工作方式正在逐渐被颠覆。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种无线控制的灾后生命探测及环境数据采集搜救车。
本发明采用层式结构，车体采用金属结构，在车体前方安装有照明灯，车体底部安装直流电机和履带。
车身第一层，安装四路红外传感器、两侧的超声测距传感器，电机驱动芯片和火焰传感器。
车身第二层，安装主控芯片、温湿度传感器和热释电生命探测传感器。
车身第三层，安装烟雾传感器、一氧化碳传感器、环境光传感器、摄像头、云台、激光雷达传感器和补光灯。
所述的烟雾传感器、一氧化碳传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
所述的火焰传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
所述的环境光传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
所述的照明灯的正负极与主控芯片对应的电源引脚连接，当光照值低于设定值时，自动打开照明灯。
所述的温湿度传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
所述的热释电生命传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
所述的摄像头安装在云台上，摄像头与主控芯片的USB接口连接，云台的舵机与电机驱动芯片相应引脚连接；摄像头将采集到的图像信息通过wifi实时传输到上位机显示，在上位机通过图像处理算法对采集到的场景图像进行人脸检测，检测到人脸后，通过上位机给主控芯片发送信号，对云台的舵机进行调整，以便于采集多个角度的图像，更好的观察伤员的生命特征。
所述的激光雷达与主控芯片连接，将实时采集到的雷达测距数据传送到上位机上，并实时构建地图对附近环境进行建模，以可视化的方式显示出来，清晰直观。
所述的四路红外传感器实时检测前方和两侧的障碍物，通过超声测距传感器实时检测障碍物两侧距离并通过wifi传输到上位机显示；在两侧距离大于阈值时，采用超声测距传感器与中间两路红外传感器所得的电平信号进行二进制编码，而在两侧测距离小于阈值时，则采用四路红外的信号进行二进制编码，通过统一编码所得共十六种情况，自动选择行走方案。
本发明采用较高精度的各类环境指标传感器以及摄像头，可以实时精确采集到空间内灾害情况，如有害气体，温湿度，火焰，光线，左右距离、现场图像等环境数据，以图表等形式可视化显示在计算机及iPad等移动设备上,能够有效为后续搜救人员提供支持。
本发明采用履带式结构，可以应对野外、灾害现场等多种恶劣地形，爬坡能力较优。
本发明体积较小，能够进入人无法进入的危险狭小的空间进行探测救援，采用了自主设计的自动避障解决方案，实现了在复杂地形的避障，同时，在避障***无法处理的场景下，可以将工作模式转为手动操作，可以持续进行有效搜救，最大限度的减少人员伤亡。
本发明能够根据环境光线强度自动控制照明灯的亮灭，为暗光环境下图像采集***提供被动光源，同时也给被困人员发送了信号。
本发明拥有图像采集***，采用了低照度的高清摄像头以及补光灯，并利用照明***作为被动光源，在昏暗、可见度低的场景下，可以较稳定的采集实时图像，并通过wifi传回上位机，以便于搜救人员更直接地观察现场情况并做后续处理。
本发明拥有激光雷达自主建图***，实时采集雷达扫描数据，并在上位机将 0-360 度环境下的测距信息以平面图的方式显示出来，清晰直观，能够有效帮助搜救人员了解伤员附近的地形与环境信息，采取更好的搜救方案，节省救援时间。
附图说明
图1为供电连接示意图；
图2为避障模块工作示意图；
图3为本发明硬件模块连接示意图；
图4为***中心处理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示，本实施例提供一种基于嵌入式的环境数据采集灾后搜救车，包括：主控芯片、电源模块、自动避障及测距模块、电机驱动模块、图像采集及人脸检测模块、烟雾与一氧化碳检测模块、火焰检测模块、环境光检测模块、照明模块、温湿度检测模块、热释电生命检测模块、wifi通信模块、环境场景特征绘制模块。其基于NImyRio嵌入式开发平台，利用NILabview开发环境，使整个工作***可以实时运行在NImyRio的LinuxRealTime***上，可以脱离计算机进行工作，也可通过主控芯片以及上位机的控制，使智能车拥有较高的工作效率。
该搜救车在外观上采用层式结构设计，车体采用金属结构，在车体前方安装有照明灯110，车体底部安装直流电机103和履带。在车身第一层，安装四路红外传感器101、两侧的超声测距传感器102、电机驱动芯片104、火焰传感器108；在车身第二层，安装主控100、电池105、温湿度传感器111、热释电生命探测传感器112；在车身第三层，安装烟雾传感器106、一氧化碳传感器107、环境光传感器109、摄像头113、云台114、激光雷达传感器115、补光灯116。
电源模块：采用航模电池105，将主控100的供电口与电池105连接，将电机驱动芯片104的供电口与电池105连接，其余设备可以由主控100的相应引脚进行触发。
自动避障及测距模块：将主控芯片100与电池105相连，将四路红外避障传感器101与主控100相连，两侧超声测距传感器102与主控100相连。通过四路红外传感器101实时检测前方和两侧的障碍物，通过超声测距传感器102实时检测障碍物两侧距离并通过wifi传输到上位机显示。为避免距离过近时两侧超声测距传感器102可能存在的互相干扰，设定一定阈值，在两侧距离大于阈值时，采用超声测距传感器102与中间两路红外传感器101所得的电平信号进行二进制编码，而在两侧测距离小于阈值时，则采用四路红外的信号进行二进制编码，通过统一编码所得共16种情况，自动选择行走方案。当传感器传回低电平时，表示检测到障碍物，设左侧红外（超声）信号为L，右侧红外超声信号为R，中间红外信号为M1，M2，按L、M1、M2、R的顺序对其进行二进制编码以及行走方案如下：0000，后退；0001，右转；0010，后退；0011，右转；0100，后退；0101，右转；0110，前进；0111，右转；1000，后退；1001，右转；1010，左转；1011，右转；1100，左转；1101，左转；1110，左转；1111，前进。
电机驱动模块：将两个直流电机103的PWM引线与电机驱动芯片104对应的引脚连接，电机驱动芯片104与电池105连接，电机驱动芯片104与主控100的PWM信号发生引脚连接。利用主控100产生合适的PWM信号，通过电机驱动芯片104对直流电机103进行供电，并可通过调节PWM的占空比进行调速。
烟雾与一氧化碳检测模块：将烟雾传感器106与一氧化碳传感器107与主控100连接，由主控100的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
火焰检测模块：将火焰传感器108与主控100连接，由主控100的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
环境光检测模块：将环境光传感器109与主控100连接，由主控100的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
照明模块：将前方照明灯110的正负极与主控100对应的电源引脚连接，通过上述环境光检测模块获得数值化的信息显示在上位机，设置一定阈值，当光照值低于阈值时，自动打开照明灯。
温湿度检测模块：将温湿度传感器111与主控100连接，由主控100的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
热释电生命检测模块：将热释电生命传感器112与主控100连接，由主控100的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示。
图像采集及人脸检测模块：将摄像头113安装在云台114上，将摄像头113与主控100的USB接口连接，将云台114的舵机与电机驱动芯片104相应引脚连接。将采集到的图像信息通过wifi实时传输到上位机显示，在上位机可以用图像处理的方法对采集到的场景图像进行人脸检测，与上述热释电生命探测模块结合，提高生命检测的效率。检测到人脸后，通过上位机给主控100发送信号，可以对云台114的舵机进行调整，以便于采集多个角度的图像，更好的观察伤员的生命特征。
激光雷达自主建图***：将激光雷达115与主控100连接，将实时采集到的雷达测距数据传送到上位机上，并实时构建地图对附近环境进行建模，以可视化的方式显示出来，清晰直观。并且可以在上位机上控制雷达测速开启关闭，调整扫描频率等参数，有很好的可控性，更理想的采集数据。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.无线控制的灾后生命探测及环境数据采集搜救车，采用层式结构，车体采用金属结构，其特征在于：在车体前方安装有照明灯，车体底部安装直流电机和履带；
车身第一层，安装四路红外传感器、两侧的超声测距传感器，电机驱动芯片和火焰传感器；
车身第二层，安装主控芯片、温湿度传感器和热释电生命探测传感器；
车身第三层，安装烟雾传感器、一氧化碳传感器、环境光传感器、摄像头、云台、激光雷达传感器和补光灯；
所述的烟雾传感器、一氧化碳传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示；
所述的火焰传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示；
所述的环境光传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示；
所述的照明灯的正负极与主控芯片对应的电源引脚连接，当光照值低于设定值时，自动打开照明灯；
所述的温湿度传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示；
所述的热释电生命传感器与主控芯片连接，由主控芯片的相应引脚进行工作触发和接收检测信号并通过wifi传回上位机并以可视化信息显示；
所述的摄像头安装在云台上，摄像头与主控芯片的USB接口连接，云台的舵机与电机驱动芯片相应引脚连接；摄像头将采集到的图像信息通过wifi实时传输到上位机显示，在上位机通过图像处理算法对采集到的场景图像进行人脸检测，检测到人脸后，通过上位机给主控芯片发送信号，对云台的舵机进行调整，以便于采集多个角度的图像，更好的观察伤员的生命特征；
所述的激光雷达与主控芯片连接，将实时采集到的雷达测距数据传送到上位机上，并实时构建地图对附近环境进行建模，以可视化的方式显示出来，清晰直观；
所述的四路红外传感器实时检测前方和两侧的障碍物，通过超声测距传感器实时检测障碍物两侧距离并通过wifi传输到上位机显示；在两侧距离大于阈值时，采用超声测距传感器与中间两路红外传感器所得的电平信号进行二进制编码，而在两侧测距离小于阈值时，则采用四路红外的信号进行二进制编码，通过统一编码所得共十六种情况，自动选择行走方案。
2.根据权利要求1所述的无线控制的灾后生命探测及环境数据采集搜救车，其特征在于：采用航模电池，将主控芯片的供电口与航模电池连接，电机驱动芯片的供电口与航模电池连接，其余设备由主控芯片的相应引脚进行触发。
3.根据权利要求1所述的无线控制的灾后生命探测及环境数据采集搜救车，其特征在于：两个直流电机的PWM引线与电机驱动芯片对应的引脚连接，电机驱动芯片与主控芯片的PWM信号发生引脚连接；利用主控芯片产生PWM信号，通过电机驱动芯片对直流电机进行供电，并可通过调节PWM的占空比进行调速。
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