2016 年12 月18 日
一、摘要
本设计为基于HT32F1656单片机的无线控制环境探测机器人小车系统。该系统主要由HT32F1656单片机、LCD显示器、摄像头、NRF2401无线模块及电源等几部分组成，具有在小车操纵者没有小车所处的视野环境的情况下，通过机器人小车系统上的摄像头传输回来的视频数据显示到LCD上让操作者看到实时镜头，并进行控制。因此，操作者不用亲临现场就能掌握现场的情况进行视频拍摄与监控。同时机器人小车身上的带有的传感器也能探测当时的环境相关信息，可在军事和复杂情况下，人不好接近或无法接近的地方进行地形环境的探测。
关键词：环境探测，机器人小车，HT32单片机，摄像头，传感器
机器人资料二、作品介绍
2.1设计背景:
随着社会大发展，人们的活动范围进一步扩大，除了用眼睛观测世界之外我们还需要测量环境中的相关情
况。比如一个地方的温度、湿度、有很多的地方人们无法接近，如果通过视野观察来操控一个机器进行探测可能会遇到大量的视野盲区。人们对一个地方环境的测量和无法靠近这对矛盾需要得到一个方案来进行解决。
在灾区、化学品危险区、以及遇到大面积火灾等，人们很难直接进入去观察实际情况，这时如果有一个机器人小车能够帮助人们进行现场的侦查活动，那么进行环境检测时，救火救险的人员就可以避免自己的人生安全受到危害，同时，机器人也能更好的代替人进行相应的环境检测，传输回有效的信息。
在军事领域方面，也逐步由机器人或无人机等代替了人为侦探，这样做能够带来很多的好处。用机器人进行战场的侦探可以解决由人为侦探所遇到的各类问题。机器人侦探即使被敌方发现也不会付出生命的代价，以机器来代替人，保障了我们战士的安全。
2.2功能介绍:
本环境探测机器人小车系统可进行商用和军用两个方面的设计。对于商用，本系统可用于灾区、化学品危险区、大面积火灾险情等场合的检测。机器人小车车身安装高清摄像头、温湿度传感器、化学传感器等器件。通过摄像头传输回高清图像到LCD显示器上进行环境镜头的实时显示。操作人员通过接收到的图像信息来进行机器人小车的操纵。通过超控小车的运行来进行灾情的巡视以及生还者的查。在遇到化学危险品的泄漏时，也可通过本机器人小车进行化学物品浓度的测量来寻到化学物品的泄漏源。通
过机器人小车代替人为搜索来保证外部人员不被内部的未知环境伤害，保证救险人员的生命财产安全。同时以机器人小车来进行探寻还能迅速到问题的成因，让救险人员能够及时排除问题，避免危险进一步扩大。
对于军用，本系统可用于区域敌情的侦查，安装上高清摄像头、相应传感器进行区域环境的侦查，能够避免我方战士深入敌方或未知区域所遇到的危险，同时机器人小车能够做到动作轻，反应快等特点，而不容易被敌方发现，可以侦探更加全面的位置，对于有布设雷区的情况也可进行雷区的探测，保障后方战士的安全。
三、工作原理
本系统可以分为两个部分，第一部分为机器人小车行为控制指令下达和传感器信息显示端；另一部分为机器人行为控制和信息收集端。两端均采用HT32F1656单片机作为主控制器，一共两块主控芯片。
对于机器人小车行为指令下达和传感器信息显示端主要负责对机器人的行进方向进行操控、一些收集指令的下达等。同时也负责将由机器人小车传输回来的视频信息显示到LCD 显示屏上，以及传感器信息的读取。该端主要由主控芯片HT32、按键、LCD显示器等部件组成。
对于机器人行为控制和信息收集端主要为机器人小车车身和车身上装载的传感元件。该端负责机器人小
车接收控制指令，通过控制指令进行相关的操作，同时将传感器检测到的视频、温湿度、化学成分信息传送到传感器信息显示端。该部分主要由HT32、小车、摄像头、传感器等部件组成。
由于本系统由两部分组成，因此需要做到的就是两部分的通信，通过查阅一定的资料，本系统决定采用NRF2401无线模块来进行数据的无线传送，NRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm 的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等，因此本系统选用NRF2401作为无线通信模块是合适的。
四、作品功能、特
4.1主要功能:
本环境探测机器人小车系统可进行商用和军用两个方面的设计。对于商用，本系统可用于灾区、化学品危险区、大面积火灾险情等场合的检测。机器人小车车身安装高清摄像头、温湿度传感器、化学传感器等器件。通过摄像头采集，无线传输模块传输回高清图像到LCD显示器上进行环境镜头的实时显示。操作人员通过接收到的图像信息来进行机器人小车的操纵。通过超控小车的运行来进行灾情的巡视以及生
还者的查。在遇到化学危险品的泄漏时，也可通过本机器人小车进行化学物品浓度的测量来寻到化学物品的泄漏源。通过机器人小车代替人为搜索来保证外部人员不被内部的未知环境伤害，保证救险人员的生命财产安全。同时以机器人小车来进行探寻还能迅速到问题的成因，让救险人员能够及时排除问题，避免危险进一步扩大。
对于军用，本系统可用于区域敌情的侦查情况，安装上高清摄像头、相应传感器进行区域环境的侦查，能够避免我方战士深入地方区域所遇到的危险，同时机器人小车动作小，也不容易被敌方发现，可以侦探更加全面的位置，对于有布设雷区的情况也可进行雷区的探测，保障后方战士的安全。
4.2市场潜力:
本环境探测机器人小车系统不仅体积小、运动灵活，而且能够实现远程控制。其优势在于各个机构的设计，机构不仅能单独使用，还能相互配合，故此机器人具有很高的自由
度，能够更顺畅的进行探测。其成本低廉易于推广。此外，此机器人的环境探测功能，探测过程可视化、人们可以在不用跟随小车就能得到相关的数据信息。由于这种无可替代的作用，市场对其需求专一，由于搭载探测器可以根据不同现场情况更换，故需求量大。可配备于消防单位、核电站、灾后救援队等。
现在国内外有的探测机械有矿山探测机器人、仿生机器人等。仿生机器人：其优势在于多自由度，运动灵活。但仿生机器人不是体积大、价格昂贵，就是体积小巧、运动灵活但功能单一，只能用于搜索伤员，、可靠性不高。且目前技术不是很成熟，在我国救援探测中应用推广较为困难。而矿山探测机器人、星球探测机器人等工作范围小，功能专一，价格昂贵，不适合在多种复杂灾后现场进行探测活动。日本横滨警察署研发设计“爬行
者”(Crawler)机器人，它的内部是舒适的空间，承载极限是250磅，可作为“舱体”将人们安置转移。虽然但该机器人的能将被困人员运出危险区域并保证过程安全，相当于一架“电子担架”，但它的搜救功能有限，体积庞大，且仅配备一台标准红外摄像机。英国华威大学的学生们制造出一款使用Kinect作为主传感器的地震搜救机器人，代替了激光雷达这种昂贵而低效的二维传感装置。Kinect搜救机器人的区域搜索装置可以传输三维地图，这对于救援队救助遇难者而言，有着无比的价值，但该机器人仅能用于生成地图，不能搭载多种探测设备，应用范围较窄，无法实施救援。加州大学伯克利分校毫系统仿生实验室一名教授研制的Dash，其设计灵感来自于最常见的的蟑螂，是用废弃手机等电器的零件加上纸板做成的。每只的造价不超过1美元。但其仅配备了手机的低分辨率摄像头和无线芯片等基础装备，而且用纸板做成的躯干对损伤几乎免疫。为了有效回避以上探测机器人的缺点，本系统是了一种能在多种环境下进行智能探测、军事侦查，适应大量恶劣环境，它具有体积小，运动灵活，能适应多种复杂情况的优点。该机器人小车制作过程较简单，机构设计合理，造价低廉。同时，该机器人能够搭在多种传感器和
探测设备，适用于多种环境下的探测、救援活动，应用范围广泛。而且，此机器人能够搭载无线设备，可以实现救援人员较远距离操控，能实现在人类不能靠近的危险环境下进行探测、救援。
五、作品结构
5.1硬件部分
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