一種室內巡檢機器人用多通道數據采集控制卡的制作方法

本發明涉及機器人技術，具體是一種室內巡檢機器人用多通道數據采集控制卡。

背景技術：

目前，市面上的應用于水電站廠房的巡檢機器人還比較缺失，沒有專門應用于水電站廠房內的室內巡檢機器人，開發一款專門針對水電站室內巡檢機器人的數據采集與控制板卡很有必要,本板卡專門針對水電站室內巡檢機器人而設計，滿足特殊環境下的機器人控制與數據采集。

市面上應用于戶外變電站等巡檢機器人等，也有相應的數據采集與控制板卡，但是由于應用環境的不同，板卡的設計功能也不一樣，戶外巡檢機器人的板卡主要包含室外溫度采集、視頻圖像采集、紅外圖像采集等，不具備氣體采集、聲音采集、振動采集等適合室內環境監控的數據收集功能，尤其是水電站發電廠房大型機械的聲音異常，振動異常以及局部溫度異常等，均需要檢測，同時水電站廠房環境特殊，大多建設在深山、山體內部或者地下，水電站廠房大多空間密閉，需要對整個廠房的空氣氣體進行檢測，防止有毒氣體的泄漏造成人員傷亡。

為了滿足水電廠房室內巡檢機器人能采集環境數據并控制機器人運動，本發明專利提供一種能滿足水電廠房室內巡檢機器人的多通道數據采集核心控制板卡，該控制板卡能實時的控制機器人的運動，同時實時采集溫度、濕度、聲音、氣體、振動數據，及時將數據通過WIFI傳送到上位機，同時具備UWB無線定位功能。多通道數據采集核心控制板卡通過數據換算，及時擬合出機器人的運動路線，控制機器人的運動，無需人工干預。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種室內巡檢機器人用多通道數據采集控制卡，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種室內巡檢機器人用多通道數據采集控制卡，包括核心控制器、溫度傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器、WIFI模塊、UWB定位模塊和運動控制器，所述核心控制器通過第一RS232串口模塊連接聲音傳感器，核心控制器通過第二RS232串口模塊連接氣體傳感器，核心控制器通過第一RS485串口模塊連接UWB定位模塊，核心控制器通過第二RS485串口模塊連接振動傳感器，核心控制器通過第三RS485串口模塊連接紅外傳感器，核心控制器通過第四RS485串口模塊連接運動控制器，核心控制器還連接WIFI模塊，第一AD轉換器和第二AD轉換器，第一AD轉換器還連接溫度傳感器，第二AD轉換器還連接濕度傳感器。

作為本發明的優選方案：所述核心控制器的型號為STM32。

作為本發明的優選方案：所述核心控制器與WIFI模塊之間通過CAN總線相連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明室內巡檢機器人用多通道數據采集控制卡可以保證水電廠巡檢機器人能按照后臺給定的路線巡檢，并在巡檢過程中不間斷采集聲音、溫度、濕度、振動、紅外、氣體物理量，將采集到的數據實時傳輸到后臺，做進一步的分析與統計，并能保留歷史記錄數據，同時后臺可以實時監控水電廠的環境變化，及時的檢測到水電廠環境中各個物理量的異常，防止意外事故的發生。同時解決了人工采集上述各個物理量的繁瑣工作，避免了人工采集的數據的不連續性與記錄保存的不完整性。通過多通道數據采集與控制卡，可以有效的完成數據采集與機器人運動控制，并設置聲音、溫度、濕度、振動、紅外、氣體物理量的閾值范圍，再超過閾值范圍的監控點進行反復檢測、重點檢測，達到異常情況準確監測與及時告警的目的，避免的人工監測的人為誤差。

附圖說明

圖1為室內巡檢機器人用多通道數據采集控制卡的整體方框；

圖2為負責溫度和濕度傳感器數據采集的電路處理圖；

圖3是本設計的多通道數據采集與控制卡的RS232串口處理圖；

圖4是本設計的多通道數據采集與控制卡的RS485串口處理圖；

圖5是本設計的多通道數據采集與控制卡的CAN數據通路處理圖；

圖6是本設計的多通道數據采集與控制卡的STM32核心控制器處理圖；

圖7是本設計的工作流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-7，本發明實施例中，一種室內巡檢機器人用多通道數據采集控制卡，用STM32作為核心控制芯片，通過串口控制器模塊連接外部的聲音傳感器、氣體傳感器，振動傳感器、紅外傳感器。聲音傳感器和振動傳感器通過RS323接口連接到STM32核心芯片上，驅動芯片使用MAX3232，氣體傳感器和紅外傳感器通過RS485連接在STM32核心芯片上，驅動芯片使用MAX485，溫度傳感器和濕度傳感器通過LM324將信號放大后，通過I/O口連接到STM32核心芯片上，由STM32內部的AD轉換器完成數據采集。WIFI模塊通過CAN接口連接在STM32核心控制板上，驅動芯片使用SN65HVD230。溫度傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器、氣體傳感器，振動傳感器、紅外傳感器的數據經過STM32處理后，由WIFI模塊發送到后臺做進一步數據分析與處理。同時WIFI模塊接收由后臺發送的坐標指令和位置導航信息，送達STM32核心處理器解碼后通過串口控制器將指令傳送給運動控制器，指揮機器人的運動，完成機器人運動控制。機器人的坐標信息由UWB定位模塊獲得，UWB定位模塊通過串口將機器人坐標信息發送給STM32核心處理器。

本發明的工作原理是：如圖2所示：溫度傳感器和濕度傳感器使用兩路LM324作為數據處理芯片，負責將信號放大并送到STM32做進一步處理。

LM324共集成四個運算放大集成電路，可同時滿足溫度傳感器和濕度傳感器的信號運算放大，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端。溫度傳感器和濕度傳感器的信號從“-”輸入，使用單端輸入，放大電路采用單電源供電，放大器電壓放大倍數Av由電阻R1、R3決定：Av=-R3/R1，負號表示輸出信號與輸入信號反向，構成負反饋放大電路。R2作為偏置電阻。此電路的放大倍數按照Av=-R3/R1=125k/10k=12.5倍來處理，可根據實際的器件差異做適當調整。模塊采用5V供電。

溫度傳感器和濕度傳感器插接在CON1口，經過LM324放大后的電壓幅度信號，送到STM32做AD轉換處理。溫度量和濕度量均為連續型的物理量，STM32內部的AD采樣按照1秒鐘一次的采樣頻率進行。

STM32核心控制器的PIN85,PIN86作為溫度傳感器和濕度傳感器的信號輸入口，使能STM32的A/D采樣功能，按照1秒鐘一次的采樣頻率不間斷的對兩個端口信號進行采樣。采樣數據經過內部處理計算后由STM32傳送到WIFI模塊，經WIFI模塊傳送到后臺做數據存儲與分析。

1.溫度傳感器和濕度傳感器通過LM324信號放大模塊后，連接到STM32核心板上，通過STM32的I/O口接收LM324的數據，在STM32內部做進一步數據處理。

2. 聲音傳感器、氣體傳感器的數據通過串口RS232傳輸到STM32核心板上，有兩路RS232做數據采集。

3. 振動傳感器、紅外傳感器、UWB模塊的數據采集通過RS485傳輸到核心板上，有三路RS485做數據采集。

4.運動控制器通過RS485連接，負責控制機器人的運動。

5.WIFI信號通過CAN總線連接，負責完成機器人與后臺的數據傳輸。

參照圖7：多通道數據采集與控制板上電后，初始化模塊，啟動WIFI模塊，接收后臺發送的指令，STM32通過接收到的指令，初始化運動控制器，調整機器人的運動姿態，準備按照后臺給定的巡檢路線執行巡檢，同時對各個串口以及AD采樣的數據進行一次輪詢采樣，上報采樣值與狀態值，報告異常狀態。

通過正常初始化后，STM32對各個端口進行輪詢采樣，依次按照下列順序以1秒鐘一次的速率采樣。完成一次采樣后將數據從WIFI端口傳輸到后臺，并刷新一次各個端口的采樣數據。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。