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作者：内蒙古科技大学信息工程学院 麻继潮 高盼盼 刘昌力
指导教师：刘丕亮 陈波

　　作品简介

　　开发背景：随着全球资源危机的日益加重，煤炭资源的开采更是受到各方人士的关注。但在这之后，每年矿难的发生、矿山资源的保护及合理开采和保障煤炭开采工人的安全等一系列类似问题同样受到各方的关注。这时，一种保障工人安全的工具就急需出现。本作品以此为基准，进行制作。
　　结构及功能：“巷道智能安检车”，采用双轮驱动及万向轮转向，采用自行设计的驱动电路，驱动强劲，以大赛组委会提供的STC15F2K61S2芯片为控制核心。车前方使用博光E18-D80NK光电传感器，以构成车的道路障碍检测装置。人体热释红外探测检测周围是否有人的存在，DS18B20用于检测温度，火焰传感器用于检测是否存在电火花等火光，煤气传感器用于检测瓦斯浓度，通过无线传输及下位机进行现场实时数据采集，再通过上位机实现实时控制，车型小，采用八节1.5V南孚电池分两组并联供电，易在隧道中前行。本作品旨在采集煤矿行道温度高低、瓦斯浓度、火花，以在未知行道温度、瓦斯浓度或火花的情况下实施检测，保障生产工人的安全。
　　使用说明：小车进入未知区域，通过工作人员操作上位机控制界面，实现小车左转、右转及前行、停止，光电传感器进行辅助，以判断某方位是否存在障碍物，在整个小车运行过程，DS18B20及火焰传感器和煤气传感器、热释红外传感器实时采集信息，通过无线传输反馈给上位机。同时可获得通往深处的路径图，以便展开后续的工作。如排险、拯救。　　

　　平台选型说明

　　单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)

　　设计说明

　　“巷道智能安检车”，采用双轮驱动及万向轮转向，采用自行设计的驱动电路，驱动强劲，以大赛组委会提供的STC15F2K61S2芯片为控制核心。车前方使用博光E18-D80NK光电传感器，以构成车的道路障碍检测装置。人体热释红外探测检测周围是否有人的存在，DS18B20用于检测温度，火焰传感器用于检测是否存在电火花等火光，煤气传感器用于检测瓦斯浓度，通过无线传输及下位机进行现场实时数据采集，再通过上位机实现实时控制，车型小，采用八节1.5V南孚电池供电，易在隧道中前行。本作品旨在采集煤矿巷道温度高低、瓦斯浓度、火花，以在未知行道温度、瓦斯浓度或火花的情况下实施检测，保障生产工人的安全。
　　当小车进入未知区域，通过工作人员操作上位机控制界面，实现小车左转、右转及前行、停止，光电传感器进行辅助，以判断某方位是否存在障碍物，在整个小车运行过程，DS18B20及火焰传感器和煤气传感器、热释红外传感器实时采集信息，通过无线传输反馈给上位机。同时可获得通往深处的路径图，以便展开后续的工作。如排险、拯救。
　　程序流程图：　　

　　无线传输：　　

　　SI4432B1 433M无线数传模块，自带MCU,操作简单。可用于无线数据透传，可视距离最远达到1700M。
　　模块上自带的MCU已经实现了对SI4432的各种处理，用户只需通过通信接口(UART TTL)向模块发送相关指令，即可实现数据收发，完全无需关心SI4432的内部处理过程，操作非常简单。指令列表及其他操作方法请见用户手册。模块附送PC机测试软件，通过PC串口(需要转换成TTL电平)对模块进行各种操作。
　　透传模式：接收串口数据，通过RF发送出去;接收RF无线数据，通过串口发送出去，直观的讲也就是替代串口线。模块既可以收，可以发，自动切换，用户无需关心。
　　设置模式：用于设定RF通信速率、频点、地址、串口波特率等参数，设定后断电保存，不会丢失。
　　传感器：
　　博光E18-D80NK光电传感器：　　

　　红色：接4.5-5V电源高电平(加个限流电阻更好)
　　黄色：接单片机，输出TTL电平给单片机(加上拉电阻)
　　绿色：接GND 0V 电源低电平
　　DS18B20温度传感器：
　　特点：独特的一线接口，只需要一条线通信 。多点能力，简化了分布式温度传感应用 ，无需外部元件 ，可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 ，测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃ 。 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域等。温度传感器可编程的分辨率为9~12位 ，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒。　　

　　人体热释红外探测传感器：
　　人体热释红外探测传感器，不需要用红外线或电磁波等发射源｡灵敏度高､控制范围大｡隐蔽性好,可流动安装｡热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器｡不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶。
　　用热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单､成本低等优点｡经过多次测试,该系统工作情况稳定｡　　

　　火焰传感器：
　　火焰探测器(flame detector)是探测在物质燃烧时，产生烟雾和放出热量的同时，也产生可见的或大气中没有的不可见的光辐射。火焰燃烧辐射光波段火焰探测器又称感光式火灾探测器，它是用于响应火灾的光特性，即探测火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。其优点为响应速度快，探测距离远，环境适应性好。但价格高。　　

　　煤气传感器：
　　为了有效预防煤气爆炸事故，我们需要煤气传感器采集相关信息。煤气传感器一般是通过检测泄漏的一氧化碳气体浓度、烷烃、烯烃、芳烃等可燃气体浓度来作为报警判断的。这类气体泄漏达到爆炸极限时，遇火种(打火机、电器开关、静电、高频信号等)则发生瓦斯爆炸(如煤矿通风不好容易发生瓦斯爆炸)，造成很大伤害。　　

　　驱动：
　　L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
　　1和15和8引脚直接接地，4管脚VS接2.5到46的电压，它是用来驱动电机的，9引脚是用来接4.5到7V的电压的，它是用来驱动L298芯片的，L298需要从外部接两个电压，一个是给电机的，另一个给L298芯片的。6和11引脚是它的使能端，一个使能端控制一个电机，至于那个控制那个你自己焊接，你可以把它理解为总开关，只有当它们都是高电平的时候两个电机才有可能工作，5,7,10,12是298的信号输入端和单片机的IO口相连，2,3,13,14是输出端，输入5和7控制输出2和3, 输入的10,12控制输出的13,14。
　　驱动电路如下：　　

　　智能车控制及坏境检测界面：　　

　　上位机以Microsoft Visual Stdio 2010为开发平台，应用C#语言编写的控制台应用程序。其利用串口透传模块与下位机进行通信。其主要完成智能车的控制和现场环境参数的显示与报警。其中智能车的控制主要是控制车的前进、后退、左转右转和停止，前进和后退分为五个档，来控制智能车速度的快慢。当红外壁障模块监测到某个部位有障碍物时，其上位机的相应部位就会显示红色，操作人员可凭此控制智能车来避开障碍物。现场环境参数显示由温度、火焰、热释电和煤气四部分组成，当有危险情况发生时，其相应部分就会显示红色，报警信息可按“清除”按钮清除。
　　此上位机操作简单，数据传输精确，误码率低，基本上能满足显示生活的大部分需求。

　　作品特色

　　本作品针对现实生活中实际存在的问题，采用上位机实时控制，采用红外避障，及及时采回巷道温度、瓦斯浓度及是否存在电火花等，以保障煤矿工人的作业安全。同时还可通过热释红外传感器判断周围是否有工人的存在，在必要时可实施一定措施。本车车型小，驱动强劲，便于在隧道中前行。车前方使用博光E18-D80NK光电传感器，以构成车的道路障碍检测装置。人体热释红外探测检测周围是否有人的存在，DS18B20用于检测温度，火焰传感器用于检测是否存在电火花等火光，煤气传感器用于检测瓦斯浓度，通过无线传输及下位机进行现场实时数据采集，再通过上位机实现实时智能控制。
　　通过本装置可采集回巷道相关信息及通往深处的路径，以帮助后续的相关工作，如排险、拯救。此装置便于现场操作，且操作简单。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2595