机械创新大赛说明书

智能搜救小车参赛单位：襄樊学院物理与电子工程学院参赛团队队员：一、创新构思，方案设计1、作品总体方案简介：本作品是针对事故、灾难现场勘测、侦查、搜救等问题而研制的一款灾难现场智能搜救小车。第一，在搜救小车上安装了由传感器、MCU、液品显示器等构成的控制与监测系统，用以实时监控并显示灾难现场（如火灾、地震等危险事故现场，人很难达到的地方）的温、湿度、光线强度、人体红外线辐射强度等环境参数；第二，在小车上安装摄像头及无线视屏发射机，利用无线视频传输系统将由摄像机所拍摄的现场场景、状况及由控制与监测系统所监测到的现场环境参数实时传送至营救中心，并且在营救中心设置相应的显示系统进行实时显示，使远离危险现场的搜救工作人员能清晰的看到事故现场的场景且及时而准确的了解到灾难现场的一些主要环境状况，从而有效提高了搜救执行效率，进一步减小人员伤亡和财产损失；第三，在小车上与营救中心处安装了一对对讲机，从而可实现小车与营救中心之间声音信号的双向传送，即：营救工作人员可以通过对讲机向灾难现场发出搜救声，同时灾难中的幸存者也可以借助对讲机向营救中心发出呼救声，且当发现幸存者后就可以通过调整小车的位置来实现营救中心与待救者的视屏通话，从而为实现有日的、高效率、人性化的远程救援工作奠定了坚实的基础；第四，在小车上安装了探照灯，使该小车在白天和夜晚都能工作。2、作品构思的主要思路：a、采用TI公司生产的高速数字信号处理器TMS320LF2407A作主控制器，以AT89C52单片机作为辅助控制器，利用各种传感器采集环境参数，然后送入控制器处理，通过对控制器编制程序，实现对灾难现场环境各项参数的监测；b、采用Sony公司生产的1/3CCD、520线摄像头拍摄灾难现场情景，并采用无线视屏传输系统将拍摄的视屏的视屏实时传输至观测点；C、采用摩托罗拉对讲机T-5720，实现营救中心与待救者的视屏通话；d、采用27MHZ的无线遥控器控制小车的前、后、左、右的运动。二、创新设计与已有或者相近产品的异同与创新之处1、与相近产品的主要异同点：a、该小车采用MT-UROBOT作为开发平台，以DSP芯片TMS320LF2407为主控制芯片以AT89C52单片机作为辅助控制器，且控制器外部有8个AD通道6个DA通道、5个DO通道，硬件扩展空间较大；b、小车上安装了监控、测量及报警、对讲机、无线发射、传输等模块，使得该小车总体功能较强；C、小车的行驶既可以采用低速的履带式也可以采用高速的橡胶轮胎式，且小车运动采用无线遥控方式，使得小车总体上具有较高的灵活性；d、小车上装有探照灯，可使小车既能在白天工作，又能在夜晚工作。2、主要创新之处：a、不仅能实时拍摄并传送现场场景而且还能够实时显示灾难现场的各项环境参数，功能较强、性能稳定；b、小车上安装了对讲机，配合摄像机可实现救援人员与被救者之间的视屏通话；C、硬件可扩展空间较大，可以根据不同情况的需要扩展其它的各种传感器，进一步增强小车的功能；d、软件设计采用模块化编程，严谨合理、可移植性强、执行效率较高；e、小车的运动控制采用无线遥控方式，灵活度较高。三、创新设计作品的主要功能指标及工作原理1、作品的主要功能指标：a、主控制器TMS320LF2407是TI公司最新推出的高性能16位DSP，是240X家族中的新成员，是定点DSPC2000平台系列中的一员，它集C2XX内核增强型TMS320设计结构及适用于控制的低功耗、高性能、优化外围电路于一体，CPU内部采用增强型哈佛结构，四级流水线作业，性对于过去的16位的微处理器和微控制器，具有更高的性能和可靠性、稳定性；b、各种传感器的主要功能指标:温度测量范围为0—100°C，湿度测量范围为0—100%，光强测量范围为0—500lx，红外热释电传感器可接受波长在7—10以m的红外线，有效距离分为近距离的3m和远距离的10m两种，可通过调节传感器上的跳线帽来自由选择；C、无线视屏传送模块主要性能指标：发射机功率为800mW，工作频段为1.2G——1.3GHZ，可支持8个频道音视频同步，摄像头分辨率高达520线，可视角度范围为60°，且摄像头可在遥控器的控制下自由旋转任意角度，则不用转动小车就能拍摄到小车周围所有场景，接收机频率为0.9G/1.2G/1.3G，发射机和接收机都采用12VDV供电，视屏显示可采用宽屏mp4,也可将直接用PC机的显示器显示；d、采用摩托罗拉T-5720型对讲机，频率范围为462.5625MHZ-467.7125MHZ,22个频道，38个静音码，QT抗干扰功能，通话距离：理论值8公里（开阔地，无障碍物），在市区1公里左右；e、小车的运动控制采用27MHZ无线遥控方式，橡胶轮式平均运行速度为0.5m/s，履带式平均速度为0.2m/s，运动的主要动力由Li-ion锂离子聚合物电池提供，电池容量为2000mAh，可持续供电2h。2、作品工作原理简介：利用无线遥控器控制小车向任意方向运动，小车在运动的同时，车上的传感器和控制器及显示器将小车所处环境的各项参数实时采集、处理并在128X64液晶上显示出来，并且还增设了报警电路，即：当在小车附近3m或10m（这个范围可根据具体情形及需要通过改变红外热释电传感器上的跳线帽来选择）范围有人存在时，红色LED灯闪烁同时蜂鸣器鸣叫，当温度高于40°C时，绿色LED灯闪烁，当湿度大于50%时，蓝色LED灯闪烁，当光线强度低于100lx时，黄色LED灯闪烁，同时打开探照灯。（这些临界参数都可以根据具体的情形及需要，通过更改程序来实现灵活的设置）通过调节摄像头的角度可将摄像头对准小车上的显示器拍摄，那么在观测区的救援人员就能看到灾难现场的各项环境参数，当通过红外热释电传感器发现幸存者后，就可以通过遥控器一边调节摄像头的角度一边控制小车的移动，从而定向地寻找幸存者！当小车靠近被救者后，就可采用对讲机呼叫进行通话！在整个搜救的过程当中摄像头都会将现场的各种状况实时的传送到观测点，使救援人员能够清楚的看到现场的状况，而且整个过程中都可随时采用对讲机呼叫。

整个装置工作流程图:四、创新设计作品运动分析和动力分析1、作品运动分析：小车的运动有履带式和橡胶轮式两种，（根据需要可随意更换）履带传送式运行较稳定且有一定的爬坡越障能力，当小车在坎坷不平的路面行进时可采用这种方式；相比于履带式轮式具有相对较高的运行速度和灵活性，当小车在平坦的路面行进时

可采用这种方式。在遥控器的控制下，小车可以自由实现前进、后退、左转、右转，具有较高的灵活性。2、作品动力分析：直流电机在一定电压下，转速与转矩成反比;如果改变电压，则转速转矩先随着电压的升降而升降，（如下图）当负载一定时（即转矩一定时），降低电压，对应的转速n1，n2不同，n1〉n2，这样就可实现电机的调速。小车采用的是改变电机电压的方式来改变电机的转速。无线遥控器发出的信号时方波，不同的方波它的平均电压不同，我们就利用这一点来实现小车的速度控制。采用不同的脉宽调节平均电压的高低，进而调节电机的转速，及脉宽调制（PWM，PulseWidthModulation）。通过改变脉冲宽度来调节输入到电机的平均电压。五、实用化的可能性、成本分析及应用前景1、实用化的可能性分析：该小车就是针对灾难时的搜救这个实际问题而研发的一款智能搜救小车，小车研发的意义与实际紧密结合，且各项技术指标良好，性能、功能都比较稳定，因此该小车实用化的可能性还是比较大的。2、成本分析：该小车总体造价二传感器及控制模块300.00元+无线视屏传输模块1500.00元+小车及遥控器总体构架200.00元+对讲机360.00元=2360.00元，这只是根据本次研制过程大致估计的，若批量生产，成本会大大降低，可见该小车的性价比还比较可观。3、应用前景分析：作为一个智能化控制系统，无论是在经济还是在科研教育方面都有较高的应用价值，市场前景比较广阔。其主要应用有以下几方面：a、灾难现场搜救，具有较高的实用价值和经济效益；b、可作为大中专院校学生毕业设计或科研项日，对大学生科研活动也具有很好的示范作用；C、由于该