管道检测爬行器简介

挑战杯管道检测爬行器论文

管道检测爬行器简介

随着城市的发展，城市正处于快速的扩张当中，城市正进行基本设施的改造，很多管道修要改造和建设，很多时候在进行管道施工时，由于不了解管道下面的情况，常常出现挖断水管，电缆，排污管等，因此如果有一件可以检测管道情况的仪器，那么以上出现的情况就可以避免了。本作品一些功能模块与当今基本类型的管道机器人有相类同，但是通过增加一些辅助模块，可以比一般的管道检测器更出色。如超声波测距模块和车体仰倾角测量模块，这两个模块的主要功能分别是测距防撞和防止车体爬行角度过大发生倾翻。这两个模块的加入，可以将管道检测爬行器的安全工作系数提高很多。超声波测距和用陀螺仪传感器测倾角的运用在当代已经是比较成熟的技术。因此，可以运用这两技术的功能对管道检测爬行器进行功能完善。同一般的管道机器人相比，本作品增加了超声波测距模块和车体仰倾角测量模块，这两个模块的加入可以防止出现摄像头被前障碍物撞坏和车体以爬坡角度过大而发生翻车的事故，使爬行器更安全地工作。这是一般的管道机器人所没有的功能。

目录

1.管道爬行器总体结构------------------------------------------------------4

2.爬行器各模块--------------------------------------------------------------5 2.1电源模块---------------------------------------------------------------6 2.2驱动模块---------------------------------------------------------------7 2.3主控制模块------------------------------------------------------------ 2.4超声波测距模块------------------------------------------------------ 2.5摄像头模块------------------------------------------------------------ 2.6陀螺仪模块------------------------------------------------------------

管道检测爬行器运动载具外形结构类似以市面上的遥控小车，整个管道检测爬行器的全部功能模块固定在车架上，通过车子的走动，进入到工作的环境中。由于次检测爬行器是进入到管道或地下通道类似的环境中进行工作的，所以，爬行器的体型不能够过于大型，因为过大的话，爬行器的工作范围汇受到诸多限制。但是，也不能过于小巧，因为爬行器如果太小的话，就有可能车体在管道工作中不稳定，在进行操纵行走的过程中很容易发生因为碰撞而导致的侧翻的情况。综合多方面的因素，因此决定爬行器的长X宽X高分别为28cm,,18cm,10cm。车身的宽度可以提高爬行器在坑洼不平的下水道或坑道中的行走稳定性。

总体框图如下

爬行器总体分为6各模块，大致为电源模块，驱动模块，控制模块，主控制模块，陀螺仪模块，超声波测距模块，摄像头图像采集模块。每个模块独立完成各自的功能，表面上每个模块的作用互不干扰，但是，实际上有些模块是相互配合使用的。

2.1电源模块

爬行器的电源为7.2的直流电，有蓄电池提供，如下图

爬行器的电源有两个，一个是5V，这个电源是芯片的工作电源，一个是直接从蓄电池引过来7.2V的，这个电源是为驱动电机的电源。因为因为电机的功率相对较大，而芯片的工作功率相对电机有比较小，所以需要提供两个电源，以满足不同模块的工作需要。

因为是直流电，所以，只要用一个5V的稳压电路就可以得到5V 的直流电源。为了得到平滑的直流电，因此需要在稳压电路中并联上电解电容和电感，而电感能够防止电流的剧烈变动的冲击，又有一定得保护作用。

2.2驱动模块

电机驱动电路；电机转速控制电路（PWM信号）

主要采用L298N，通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，输入引脚与输出引脚的逻辑关系图为

驱动原理图

2.3主控制模块

主控制模块所用的芯片为飞思卡尔S12芯片，该芯片为16位，I/O口较为丰富，芯片内部集成了较多的模块，而本作品因为所用到的模块不多，所以其他的集成模块就不做介绍了。这里只简单介绍一下PWM调速。

PWM实现调速的本质为改变PWM输出的占空比，通过改变占空比的输出可以控制输出到驱动电机上的电压，就可以更好的对爬行器进行操控了

同时占空比的计算方法：

PPOL = 0(先低后高)：占空比=

[(PWMPERx-PWMDTYx)/PWMPERx]*100% PPOL = 1(先高厚)：占空比= [(PWMDTYx)/PWMPERx]*100%