一种基于手机客户端多功能矿井搜救机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种基于手机客户端多功能矿井搜救机器人，包括机器人下位机检测系统和上位机移动控制系统。所述机器人下位机检测系统包括STM32控制器，所述STM32控制器通过电源线和矿井环境信息采集系统、S5PV210处理器、SIM908模块、电源模块、SD卡、OpenWrt路由器和时钟模块连接。所述S5PV210处理器通过电源线和机器人姿态监测系统和车身驱动系统相连。所述上位机移动控制系统采用Android智能手机，通过开发相应监测系统的应用程序来控制机器人运行和获取矿井环境信息参数。选用高性能、低功耗的STM32控制器控制系统各模块之间的数据传输，采用具有高性能运算能力的S5PV210处理器能充分发挥其处理数据速度快的特点，提高系统运行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于手机客户端多功能矿井搜救机器人
本专利技术主要涉及机器人
，特别是一种基于手机客户端多功能矿井搜救机器人。
技术介绍
我国煤炭矿藏丰富，是世界上最大的煤炭生产和消费国，但是我国又是煤矿事故发生率、矿难造成伤亡人数最高的国家。据统计，我国露天煤田只占总储量不到5%的份额，绝大部分煤田属于地质结构复杂，含大量瓦斯气体的地下煤田。在这种特定的条件下，如果发生矿难事故，大型救援设备无法及时到达井下，救援人员无法迅速获取井下信息，如瓦斯和O2等气体浓度、是否发生火灾或透水、现场温湿度及被困人员位置等，故不能够第一时间到达现场营救，致使错过最佳救援时间，造成更大的人员伤亡。目前，现有的矿井搜救机器人功能较单一，不能准确探测矿井环境和被困人员信息。而且，大多轮式机器人体积、重量大，在事故后较差道路状况下行走困难。另外，地面信号接收装置体积普遍较大，不便移动，不利于现场操作。随着无线网络的广泛覆盖以及智能手机功能日趋强大，本专利技术通过开发手机应用和借助无线通信网络，通过对履带式车身的升级和改造，搭载低照度摄像装置、矿井环境信息采集装置和通信设备等，能够顺利地进入矿井并采集环境及被困人员信息，从而便于开展搜救工作。
技术实现思路
本专利技术的目的则是为了克服现有技术的不足，设计一种基于手机客户端多功能矿井搜救机器人。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术是一种基于手机客户端多功能矿井搜救机器人，由机器人下位机检测系统和上位机移动控制系统构成。所述机器人下位机检测系统包括STM32控制器，所述STM32控制器通过电源线和矿井环境信息采集系统、SIM908模块、S5PV210处理器、电源模块、SD卡、OpenWrt路由器和时钟模块连接。所述S5PV210处理器通过电源线和机器人姿态监测系统和车身驱动系统相连。进一步，所述矿井环境信息采集系统包括O2浓度传感器、烟雾浓度传感器、瓦斯浓度传感器、温湿度传感器和信号调理模块。所述O2浓度传感器、烟雾浓度传感器、瓦斯浓度传感器、温湿度传感器和信号调理模块输入端相连，传感器分别将采集到的井下O2浓度参数、烟雾浓度参数、瓦斯浓度参数、温湿度参数发送给信号调理模块，所述信号调理模块将传送来的模拟信号进行滤波、放大和偏置处理。所述信号调理模块输出端与STM32控制器的A/D模数转换器对应的GPIO口相连，STM32控制器的A/D模数转换器能够将采集到的模拟信号转换为数字信号。所述STM32控制器采用ADC（模/数转换）校正算法对采样过程进行校正，以提高ADC（模/数转换）的采样精度。所述STM32控制器将数据进行分析处理后转存到SD卡，完成矿井环境信息的采集工作。进一步，所述机器人姿态监测系统包括三轴加速度计、指南针模块和超声波传感器。所述三轴加速度计、指南针模块、超声波传感器和S5PV210处理器输入端相连，分别将传感器监测到的机器人三轴加速度参数、方向信息和前方有无障碍物信息发送给S5PV210处理器，所述S5PV210处理器利用姿态控制算法对数据进行分析处理，从而通过控制电机驱动模块，以PWM（脉冲宽度调制）控制方式调节相应直流无刷电机的转速进而调整机器人姿态。进一步，所述STM32控制器和S5PV210处理器为整个系统的核心。所述STM32控制器为整个系统的控制中心，选用高性能的Cotex-M3内核处理器STM32F103ZET6，控制各模块之间的运行和通信。所述三星公司的S5PV210处理器为系统控制算法运算中心，该处理器采用Cotex-A8内核，可实现2000DMIPS的高性能运算能力。进一步，所述OpenWrt路由器与摄像头通过USB接口连接，OpenWrt路由器将采集到的视频数据通过编码转化为视频流传入WiFi信道。上位机通过创建连接获取视频流信息，然后通过网络编程、视频解码等将视频信息转化为动态图像，在手机屏幕上显示。所述OpenWrt路由器刷入了OpenWrt系统。所述OpenWrt路由器和上位机之间通过TCP协议方式实现通信。上位机将控制指令转换成相对应的数据包，利用WiFi传输到OpenWrt路由器上，OpenWrt路由器将数据包发送到TTL串口，所述OpenWrt路由器TTL串口和STM32控制器串口相连，连接方式为：OpenWrt路由器TTL串口的TXD、RXD和GND分别与STM32控制器串口的RXD、TXD和GND连接。所述STM32控制器将接收的数据包转换为控制指令，控制相应模块完成动作。同样地，STM32控制器可以将采集到的矿井环境、车身方位信息转换成数据包以同样的方式回传给上位机，从而能够实现上位机和下位机之间的数据通信，该通信方式可靠性高且速度快。进一步，所述SIM908模块用于多功能矿井搜救机器人位置信息的采集及发送，所述SIM908模块将GPS模块和GPRS模块合为一体，利用GPS全球定位系统、LBS基站定位服务和GPRS为监控人员提供准确的定位信息。监控人员通过给移动终端发送短消息请求，所述SIM908模块中的GPS模块接收来自GPS卫星的经纬度信息，再传送给STM32控制器，所述STM32控制器截取定位信息，通过SIM908模块中的GPRS模块实时将定位信息发送到上位机。上位机通过短信接收机器人的经纬度信息，完成定位工作。本专利技术采用GPS+LBS的方式定位，GPS与LBS之间灵活转化，相辅相成，提高了定位的精度，增加了可定位的范围。进一步，所述车身驱动系统包括电机驱动模块和履带式车身，所述电机驱动模块选用BTN7971B驱动芯片，BTN7960B是一款集成度很高的大电流半桥驱动芯片，抗干扰能力强，以PWM或电平方式控制履带式车身速度，使用时需2个芯片构成H桥驱动电路。进一步，所述上位机移动控制系统采用Android智能手机，智能手机安装有监测系统APP应用程序，监测系统的应用程序在Eclipse的开发环境中应用Java语言编写完成。进一步，所述电源模块包括镍镉电池组、电源变换器和电压监测传感器。进一步，所述矿井环境信息采集系统中，O2浓度传感器采用OCS-3C来检测采集点的氧气浓度和流量，瓦斯浓度传感器选取SM-CH4用来检测采集点的甲烷含量，烟雾浓度传感器选用MQ-2来检测采集点烟雾浓度，温湿度传感器选择DHT11来检测采集点的温度和湿度。进一步，所述机器人姿态监测系统中，三轴加速度计选择MMA7260用来检测三轴加速度参数，超声波传感器选用HC-SR04用来检测前方有无障碍物，指南针模块选取IIMC58831用来确定机器人方向信息。进一步，所述时钟模块采用DS1302芯片，所述SD卡采用TXS02612芯片。比到已有技术，本专利技术有益效果是：本专利技术通过在履带式车身上搭载检测设备实现了对矿井环境信息、被困人员位置的探测，比起已有的矿井搜救机器人，体积小，重量轻，成本低，便于携带，采集信息种类多，自动性和可控性高。能够将采集到的视频数据、矿井环境信息及机器人定位信息实时回传。采用STM32系列高性能芯片作为控制器，发挥其自身A/D模数转换器强大的模数转换功能，采用S5PV210芯片作为信号处理器利用其运算速度快的特点，使得矿井多功能搜救机器人系统更加高效和完善。矿井搜救人员只需携带一部安装了监控APP的智能And本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于手机客户端多功能矿井搜救机器人，其特征在于，包括下位机检测系统和上位机移动控制系统，所述机器人下位机检测系统包括矿井环境信息采集系统（10）、机器人姿态监测系统（20）、车身驱动系统（30）、SIM908模块（40）、STM32控制器（50）、S5PV210处理器（60）、电源模块（70）、OpenWrt路由器（80）、摄像头（81）、SD卡（82）、时钟模块（83），其中：所述STM32控制器（50）通过电源线和矿井环境信息采集系统（10）、SIM908模块（40）、S5PV210处理器（60）、电源模块（70）、OpenWrt路由器（80）、SD卡（82）和时钟模块（83）连接；所述S5PV210处理器（60）和机器人姿态监测系统（20）、车身驱动系统（30）通过电源线相连；所述矿井环境信息采集系统（10），包括O

【技术特征摘要】
1.一种基于手机客户端多功能矿井搜救机器人，其特征在于，包括下位机检测系统和上位机移动控制系统，所述机器人下位机检测系统包括矿井环境信息采集系统（10）、机器人姿态监测系统（20）、车身驱动系统（30）、SIM908模块（40）、STM32控制器（50）、S5PV210处理器（60）、电源模块（70）、OpenWrt路由器（80）、摄像头（81）、SD卡（82）、时钟模块（83），其中：所述STM32控制器（50）通过电源线和矿井环境信息采集系统（10）、SIM908模块（40）、S5PV210处理器（60）、电源模块（70）、OpenWrt路由器（80）、SD卡（82）和时钟模块（83）连接；所述S5PV210处理器（60）和机器人姿态监测系统（20）、车身驱动系统（30）通过电源线相连；所述矿井环境信息采集系统（10），包括O2浓度传感器（11）、瓦斯浓度传感器（12）、烟雾浓度传感器（13）、温湿度传感器（14）和信号调理模块（15），O2浓度传感器（11）、瓦斯浓度传感器（12）、烟雾浓度传感器（13）、温湿度传感器（14）和信号调理模块（15）输入端相连，所述信号调理模块（15）输出端与STM32控制器（50）的A/D模数转换器对应的GPIO口相连，用于矿井环境信息的采集工作；所述机器人姿态监测系统（20）包括指南针模块（21）、超声波传感器（22）和三轴加速度计（23），所述指南针模块（21）、超声波传感器（22）、三轴加速度计（23）和S5PV210处理器（60）相连，所述S5PV210处理器（60）通过姿态控制算法对数据进行分析处理，从而通过控制电机驱动模块（31），以PWM（脉冲宽度调制）方式调节相应直流无刷电机转速进而调整机器人运行姿态；所述SIM908模块（40）和STM32控制器（50）相连，用于机器人的定位工作。2.根据权利要求1所述一种基于手机客户端多...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，倪婷婷，夏令祥，周成，张兆龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32