基于機(jī)器人的石化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬俊輝,王曉虹,蘇春麗

（遼寧石油化工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院,遼寧撫順,113001)

0 引言

油罐是石化企業(yè)中最常見的儲(chǔ)存設(shè)備，由于壓力的作用以及雨水和油品的侵蝕，罐壁可能產(chǎn)生凹坑、裂紋、內(nèi)部孔洞等缺陷，這些缺陷不僅會(huì)造成油品泄漏，甚至可能引起火災(zāi)，因此必須定期進(jìn)行檢測(cè)。目前，對(duì)油罐的檢測(cè)均由人工實(shí)現(xiàn)，需搭建腳手架，效率很低且危險(xiǎn)性高。隨著石化工業(yè)的迅速發(fā)展，企業(yè)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的要求也越來(lái)越高，研究自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備勢(shì)在必行。

基于機(jī)器人的石化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)很好地解決了這一問題，與常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備相比，該系統(tǒng)引入了多傳感器系統(tǒng)的智能機(jī)器人，在檢測(cè)靈活性和可靠性上有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。而且，系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性非常高。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)智能化程度高，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定可靠，大大提高了油罐檢測(cè)的效率。

1 基于機(jī)器人的石化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)

基于機(jī)器人的石化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過機(jī)器人的靈活移動(dòng)來(lái)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的重要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，將實(shí)時(shí)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)預(yù)警反饋到相應(yīng)的控制平臺(tái)，以便及時(shí)處理。系統(tǒng)可以通過本地監(jiān)控和客戶端監(jiān)控來(lái)控制及查看系統(tǒng)的信息。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1 所示。

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)由服務(wù)器端和客戶端兩部分組成。服務(wù)器端負(fù)責(zé)視頻采集、視頻處理、機(jī)器人控制、傳感器控制、通信服務(wù)等功能?？蛻舳藶橛脩籼峁┻h(yuǎn)程視頻監(jiān)控服務(wù)，進(jìn)一步擴(kuò)展了視頻監(jiān)控的使用范圍?？蛻舳素?fù)責(zé)視頻播放、圖片處理、手持設(shè)備控制等功能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2 基于機(jī)器人的石化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 機(jī)器人控制模塊

機(jī)器人控制模塊的硬件采用雙Ha 橋直流電機(jī)控制機(jī)器人的動(dòng)作。動(dòng)作的控制由直流電機(jī)的開關(guān)控制、電機(jī)轉(zhuǎn)向控制、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制組合起來(lái)的完成。通過PWD 的調(diào)速來(lái)控制機(jī)器人的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退、前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。

2.2 手持設(shè)備控制模塊

移動(dòng)監(jiān)控終端是一個(gè)手持設(shè)備，采用無(wú)線通信。利用 Android 技術(shù)開發(fā)，移動(dòng)終端可直接控制服務(wù)器端進(jìn)行監(jiān)控，控制機(jī)器人的運(yùn)行，進(jìn)行圖像采集，控制攝像頭的角度等功能。Android 平臺(tái)的使用為本系統(tǒng)的一大亮點(diǎn)，而且手持設(shè)備可獨(dú)立使用，這樣使系統(tǒng)的可操作性更靈活。

2.3 傳感器控制模塊

系統(tǒng)安裝了各種傳感器（如溫濕度傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、煙霧傳感器等）來(lái)采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)作為監(jiān)測(cè)被控對(duì)象的重要指標(biāo)。如溫濕度傳感器通過IIC 總線與MCU 相連，采取GPIO靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，全量程校準(zhǔn)，全靜態(tài)時(shí)序控制，測(cè)量結(jié)果精確。煙霧傳感器使用MCU 的外部中斷，在驅(qū)動(dòng)需要預(yù)熱，當(dāng)檢測(cè)到有危險(xiǎn)氣體的，觸發(fā)外部中斷，開始報(bào)警。

2.4 視頻采集處理模塊

視頻采集處理模塊采用Video4Linux 作為攝像頭的編程接口。Video4Linux 能夠提供無(wú)線電通信和文字電視廣播解碼和垂直消隱的數(shù)據(jù)接口。攝像頭安裝在云臺(tái)上，通過程序可控制攝像頭的位置，進(jìn)而控制攝像的角度，采集到不同角度的圖片。根據(jù)Video4Linux 標(biāo)準(zhǔn)接口編程，再對(duì)采集的圖像進(jìn)行閥值比較，判斷圖像是否變化，從而決定是否需要存入圖像緩沖區(qū)。

為了進(jìn)一步提高視頻數(shù)據(jù)的傳輸速度和實(shí)時(shí)性，采集視頻時(shí)利用視頻設(shè)備的雙緩沖達(dá)到邊傳輸邊采集的效果。同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)存緩沖池，視頻采集圖像經(jīng)過JPEG 壓縮后將數(shù)據(jù)保存到緩沖池中，視頻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從該緩沖中獲取。

2.5 無(wú)線通信模塊

本系統(tǒng)中的無(wú)限傳輸采用的是Wi-Fi 技術(shù)。相比于其他無(wú)線通信技術(shù)，Wi-Fi 的覆蓋半徑則可達(dá)300 英尺左右約合100 米，其覆蓋范圍比較廣。數(shù)Wi-Fi 據(jù)傳輸速度快，可以達(dá)到11mbps。這些都很適用于本系統(tǒng)，特別是在報(bào)警的時(shí)候，可以及時(shí)將相關(guān)的重要數(shù)據(jù)傳回到中控端和移動(dòng)終端。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究設(shè)計(jì)了基于機(jī)器人的石化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用S3C2410 為核心的嵌入式硬件平臺(tái)來(lái)控制機(jī)器人運(yùn)行，通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，攝像頭利用云臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)多角度、全方位的數(shù)據(jù)采集，從而使機(jī)器人的移動(dòng)控制更加靈活。尤其是人工不易到達(dá)的區(qū)域，系統(tǒng)準(zhǔn)確性高，適用性強(qiáng)。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于石油、煤氣、化工、水利、鍋爐等行業(yè)的管內(nèi)無(wú)損傷監(jiān)測(cè)，從而可以對(duì)管道進(jìn)行相關(guān)性能的評(píng)估，對(duì)綜合利用管道，預(yù)防各類危險(xiǎn)事故的發(fā)生等具有極其重要的作用。

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