基于WIFI技術(shù)的搜救小車的設(shè)計(jì)

陸晏憶　宋林桂

摘要：為了在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)等復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行生命跡象、視頻圖像數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)等現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，文章設(shè)計(jì)一種基于WIFI技術(shù)的搜救小車。Windows監(jiān)控端通過(guò)RT5350路由器與STC12C5A60S2單片機(jī)通信，發(fā)出控制信號(hào)給直流馬達(dá)控制器，實(shí)現(xiàn)小車行動(dòng)控制。熱釋電模塊、攝像頭模塊、溫度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊進(jìn)行生命跡象、視頻圖像數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、有害氣體數(shù)據(jù)等現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息的采集，并實(shí)時(shí)回傳給windows監(jiān)控端并顯示。

關(guān)鍵詞：WIFI；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；搜救小車；視頻顯示

世界各地每時(shí)每刻都有無(wú)數(shù)自然或人為災(zāi)害出現(xiàn)，災(zāi)后最緊要的事情就是搜救那些被困在殘骸中的幸存者。然而，錯(cuò)綜復(fù)雜、情況不定的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)給救援人員及幸存者帶來(lái)巨大的威脅，因此實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息的檢測(cè)與反饋是實(shí)施及時(shí)、有效救援的關(guān)鍵。鑒于此，本文設(shè)計(jì)并制作基于WlFI技術(shù)的搜救小車。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)下位機(jī)通過(guò)STC12C5A60S2微控制器和各個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)環(huán)境里的環(huán)境信息（環(huán)境溫度、有害氣體、有無(wú)生命跡象等信息）；系統(tǒng)下位機(jī)通過(guò)RT5350模塊將檢測(cè)到的環(huán)境信息發(fā)送給上位機(jī)。RT5350模塊刷上OpenWrt系統(tǒng)后通過(guò)WIFI把圖像和環(huán)境參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)。Windows電腦終端裝有上位機(jī)軟件來(lái)實(shí)時(shí)顯示RT5350模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的圖像和環(huán)境參數(shù)，并且可以通過(guò)上位機(jī)的方向按鈕來(lái)控制小車的運(yùn)動(dòng)方向。系統(tǒng)上位機(jī)軟件使用跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)軟件QT編寫，上位機(jī)軟件編寫主要使用QTcpSocket類編程。圖1為該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體框圖。

2下位機(jī)設(shè)計(jì)

2.1微控制器介紹

STCl2C5A60S2單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快12倍，內(nèi)部含有專用復(fù)位電路，2路PWM，適用強(qiáng)干擾場(chǎng)合。運(yùn)用該單片機(jī)完成對(duì)搜救小車各檢測(cè)模塊、直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路和上下機(jī)信息交互模塊的總控制。圖2為下位機(jī)工作流程。

2.2熱釋電模塊介紹

熱釋電傳感器是一種新型的敏感元件，它以非接觸式檢測(cè)人體發(fā)出的紅外輻射，將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出，該熱釋電模塊是由BISS0001、熱釋電傳感器和少量外接電子元件構(gòu)成的被動(dòng)式紅外開(kāi)關(guān)組成。當(dāng)檢測(cè)到生命跡象時(shí)熱釋電模塊輸出高電平，沒(méi)有檢測(cè)時(shí)輸出低電平，模塊輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管構(gòu)成反相器取反后送給單片機(jī)。

2.3溫度傳感器模塊介紹

溫度傳感器采用美信半導(dǎo)體的DS18820，該傳感器具有體積小、價(jià)格低、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。該傳感器是數(shù)字傳感器，使用單總線方式與單片機(jī)通信。

2.4有害氣體檢測(cè)電路模塊介紹

該電路采用的M02氣體傳感器，該傳感器具有高靈敏度、廣泛的探測(cè)范圍、簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路、優(yōu)異的穩(wěn)定性等特點(diǎn)，該傳感器可以用于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。該傳感器有6個(gè)引腳，2個(gè)引腳用于為傳感器內(nèi)部的加熱器提供電流，加熱器為氣敏元件提供必要的工作環(huán)境，4個(gè)引腳用于信號(hào)取出，信號(hào)取出后經(jīng)過(guò)1個(gè)電壓比較器電路輸出數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到以上有害氣體時(shí)電壓比較器輸出低電平，沒(méi)有檢測(cè)到有害氣體時(shí)輸出高電平。

2.5直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路介紹

小車的直流電機(jī)使用電流相對(duì)較小的130馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)芯片選用L9110S。本設(shè)計(jì)運(yùn)用L9110驅(qū)動(dòng)芯片兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC中，從而降低外圍器件成本，提高整機(jī)的可靠性。2個(gè)輸出端具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過(guò)750～800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)1.5～2.0A，能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)及停止。

2.6 RT5 350模塊工作原理介紹

本設(shè)計(jì)采用RT5350模塊作為環(huán)境信息傳輸模塊。RT5350模塊帶有WIFI功能，在無(wú)遮擋的情況下有效WIFI傳輸距離為100M，能夠滿足近距離的數(shù)據(jù)傳輸，如需增大傳輸距離需增加外置大功率天線。將OpenWrt系統(tǒng)刷在RT5350模塊中并安裝Ser2net軟件和MJPG-streamer軟件。Ser2net軟件實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互相轉(zhuǎn)換，MJPG-streamer軟件將USB攝像頭采集的視頻通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。

3上位機(jī)工作原理介紹

本系統(tǒng)的上位機(jī)是由可以在多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行的QT軟件編寫，用QT編寫的軟件也可以在多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行，比如：Windows，Linux，Android等系統(tǒng)。QT軟件帶有UI設(shè)計(jì)軟件，利于界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，QT把網(wǎng)絡(luò)編程有關(guān)的函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)封裝成各種類，使得程序的開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)潔和高效，所以本系統(tǒng)的上位機(jī)選用QT軟件來(lái)編寫。下位機(jī)和上位機(jī)通信采用TCP協(xié)議，本系統(tǒng)中上位機(jī)使用QTcpSocket類編程，本系統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)和小車運(yùn)動(dòng)的控制指令通過(guò)Socket通信傳輸完成，Socket通信即是給固定的IP地址設(shè)備的固定的軟件端口傳輸數(shù)據(jù)，Socket通信指明了數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂健１鞠到y(tǒng)的路由器的IP地址是192.168.1.100，Ser2net軟件的端口號(hào)是2001；上位機(jī)首先使用connectToHost（）函數(shù)與服務(wù)器RT5350模塊連接，連接成功后就可以根據(jù)需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)可以使用write（）函數(shù)，這種函數(shù)有3種重載形式，系統(tǒng)使用write（const char*data）函數(shù)，當(dāng)QT界面的按鈕組件發(fā)生按動(dòng)時(shí)觸發(fā)小車運(yùn)動(dòng)控制槽函數(shù)發(fā)出小車運(yùn)動(dòng)控制指令。當(dāng)QTcpSocket收到新的數(shù)據(jù)時(shí)，readyRead（）信號(hào)就會(huì)被觸發(fā)，將該信號(hào)與接受傳感器數(shù)據(jù)處理函數(shù)相連，收到傳感器數(shù)據(jù)后上位機(jī)提取并顯示，同時(shí)上位機(jī)每0.04s刷新一次從下位機(jī)RT5350傳送來(lái)的圖片，實(shí)現(xiàn)視頻顯示。

4系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)能夠正常工作，通過(guò)上位機(jī)調(diào)試軟件接收WIFI發(fā)過(guò)來(lái)的環(huán)境信息和視頻并且控制小車的運(yùn)動(dòng)方向。圖3為上位機(jī)軟件調(diào)試結(jié)果，這說(shuō)明下位機(jī)和上位機(jī)可以正常工作。

5結(jié)語(yǔ)

基于WIFI的實(shí)時(shí)視頻同傳的探測(cè)小車是一個(gè)集單片機(jī)、無(wú)線路由器、攝像頭、QT等各種軟硬件于一體的智能化搜救小車系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)通過(guò)上位機(jī)完成小車行動(dòng)控制，采集熱影像、溫度、實(shí)時(shí)視頻等周圍信息和數(shù)據(jù)回傳，其軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，開(kāi)發(fā)成本低。同時(shí)學(xué)生對(duì)該設(shè)計(jì)會(huì)感興趣，既有單片機(jī)程序設(shè)計(jì)又有上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的學(xué)生做綜合課程設(shè)計(jì)。