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指导教师：王树斌 李洁

 作品简介

图1基于wifi智能潜水两栖多功能抢险救援车

　　1开发背景：

　　近几年自然灾害的发生更加频繁，范围更加广泛，抢险救援问题严重备受人们关注。如极端气候、以及最近最有影响力的雾霾恶劣天气、火灾，水灾等等，人员很难进入了解灾情。

　　2结构说明：

　　本方案制作以IAP15F2K61S2单片机为核心，由电机驱动、超声波检测模块、信号转换模块、电平转换模块、视频传输模块、变速控制模块、平衡潜水舱等部分组成。驱动模块以L298N驱动芯片为核心组成，使救援车电机正常工作;超声波检测模块PW2.5环境智能反馈;单片机作为主控芯片，控制摄像头舵机、舵机臂舵机、机械臂舵机、抓手舵机的旋转及各个电机的转动;信号转换模块实现信号收发装置与单片机之间的通信，电平转换模块满足单片机和信号收发装置的电压需求;平衡潜水舱调节小车各种地形的平衡以及通过改变水的重量来潜水。

　　3功能与使用说明：

　　救援车在使用时，首先需要打开信号收发装置的电源，使信号收发装置发射出无线wifi信号，然后通过电脑、平板电脑或者手机对无线wifi信号进行搜索并进行连接。其次，打开上位机进入控制界面，此时就会看到摄像头拍摄的视频传回到控制终端。最后，通过上位机的按钮进行救援车的控制。只要有网络覆盖也可以通过无线网路的连接实现远程控制。

　　4作品特色：

　　1、多平台控制，操作简单方便。救援车可以实现电脑、手机及平板电脑视频遥控。

　　2、水陆两栖，应用范围广，适应能力强。救援车在陆地具有越障的功能，同时具有水上运动功能和潜水作业能力。

　　3、功能丰富。救援车上安装了机械臂、电动工具等。救援车还具有变速功能，可以实现小车的高速和低速行驶。具有快速选择性。

　　4、反应快、识别能力强，可以在最近最有影响力的PW2.5的恶劣天气，烟以及雾环境高速灵敏的运行。

　　5、装置操作简单、灵活、易于控制。

平台选型说明

　　选用大赛指定的单片机开发板(以IAP15F2K61S2芯片为控制核心)。

设计说明

　　1设计原理

　　1.1基于wifi智能潜水两栖多功能抢险救援车上装载信号收发装置，信号收发装置可以发射无线信号。电脑、平板或手机通过连接无线网络进而进入设定的界面，通过以MAX232主控芯片的信号转换模块实现IAP15F2K61S2单片机和信号收发装置之间的通信，进而对救援车进行控制;通过控制驱动模块控制减速电机进而控制救援车的前进和转向。通过控制舵机控制救援车上摄像头的转动来实现车前方视野的转换，从而可以看见救援车前方多个方位的环境。救援车上的机械臂可以实现物品的拾取、搬运，开关的拧动等功能。救援车通过控制继电器，从而改变驱动模块的供电电压进而实现车的变速。救援车的平衡是通过潜水舱调节小车各种地形的平衡以及通过改变水的重量来潜水。在烟雾环境或pw2.5环境下课通过超声波协同其他模块的配合综合利用实现救援车的正常运行。 

　　图2 原理图

　　1.2基于wifi智能潜水两栖多功能抢险救援车是一个可以电脑、平板或智能手机实现wifi视频遥控还可以通过网路远程控制的抢险救援车。抢险救援车具有潜水功能，水中打捞，辅助有照明系统，解决水中光线不足，摄像头看不到所要打捞物体的缺陷，避障功能、水上运动功能、电脑视频遥控功能、平板视频遥控功能、手机视频遥控功能。救援车上安装了智能机械臂，可以实现拾取物品、拧动开关等功能,救援车具有很强的环境适应能力，可以在雾霾天气环境正常工作，水中抢险救援，可以在复杂的地形中行走，可以实现复杂地形的灾情勘测、环境勘测等完全可以代替人很难进入的环境进行抢险救援工作

　　2设计方案

　　2.1微控制器：

　　采用IAP15F2K61S2单片机作为主控制芯片。IAP15F2K61S2单片机是全球第一款真正意义上的单片机，一个芯片就是一个仿真器，是一款不需外部晶振，不需外部复位的单片机，不需外部复位的单片机是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，片内大容量2048字节SRAM，内部集成高可复位电路并可彻底省掉外部昂贵的复位电路，具有8K在系统可编程FLASH存储器，32个可设置四种模式的外部双向I/O口，运行速度快，价格便宜，性价比高。

 　　图3 IAP15F2K61S2单片机

　　2.2驱动电路设计：

　　智能小车电机驱动采用L298N电机驱动芯片模块，由单片机控制其工作，从而控制小车的运动状态。此芯片工作电压高，最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制，控制直流电机简单容易。该驱动模块使用光耦将电机电压与信号电压分隔，增强了可靠性。

　　图4 电机驱动模块原理图

    2.3信号转换模块电路：

　　救援车信号转换模块由MAX232为主控芯片组成，将RS232信号转换为TTL信号，实现单片机与路由器之间的通信。其工作稳定，转换精度高。具有较高的工作效率且功率低价格便宜。

　　图5RS232与TTL信号转换

　　2.4电源电路：

　　水陆两栖多功能视频救援车通过可充电环保锂电池供电，电池电源DC-DC稳压模块进行电压转换，此稳压模块相对于其他模块来说，更大限度地避免了电能在降压模块上面的消耗，并且内部震荡部分控制其占空比就能改变输出电压大小(在10V范围内)，使其输出能恒定，若某个DC-DC规定输入范围是6V到16V，输出5V，只要是在这个输出范围内，输出都是5V(误差只有零点零几伏)。小体积、高可靠性、输出稳压精度可达±3%，高性价比，多种输入输出电压内置输入滤波器，低电磁兼容特性，此模块可以稳定电池的供电电压，使救援车行进状态更加稳定。

　　图6 DC-DC稳压电路

　　2.5超声波测距模块：

　　一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值。此时就为此次测距的时间。方可算出距离，如此不断的周期测,就可以达到移动测量的值。

　　图7超声波测距模块及流程图

　　2.6 WIFI/蓝牙操控模块及多平台控制：

　　具备WIFI、蓝牙双模控制，视频监控回传、机械手控制、视频云台控制、雷达探测、自定义指令发送。可完成视觉巡线功能，开启后将在视频画面上出现追踪框，并显示当前中心点的X/Y位置，上位机通过摄像头的画面判断地面上的标志线。“摄像头追踪”功能开启后界面与“视觉巡线”一致，程序如果侦测到画面中出现运动物体，将自动调整摄像头云台的方向，实时跟踪。救援车可以实现电脑视频遥控、手机视频遥控及平板电脑视频遥控，可以直接通过电脑或平板屏幕可以看见小车前方的环境，进而控制小车的各种运动状态。此功能可以实现对未知环境状况且人员不方便进入的环境进行环境勘测，保障了救援人员的人身安全，操作简单、更加方便。

　　图8基于wifi智能潜水两栖多功能抢险救援车上位机界面

　　3创新点

　　3.1多平台控制，操作简单方便。救援车可以实现电脑视频遥控、手机视频遥控及平板电脑视频遥控，可以直接通过电脑或平板屏幕可以看见小车前方的环境，进而控制小车的各种运动状态。此功能可以实现对未知环境状况且人员不方便进入的环境进行环境勘测，保障了救援人员的人身安全，操作简单、更加方便。

　　3.2水陆两栖，应用范围广，适应能力强。救援车在陆地具有越障的功能，同时具有水上运动功能，并且还可以潜水作业。小车可以通过超声波检测越障的功能，此项功能可以使小车实现楼房内部灾情监测的功能。救援车的履带式轮使小车可以在比较复杂的地形进行行走，增强了救援车的环境适应能力。救援车不仅可以在水面实现在陆地上可以实现的功能，从而实现水面环境的勘测及水面物品拾取，而且还可以潜水工作,辅助有照明系统，利于水中的打捞工作进行。

　　3.3功能丰富。救援车上安装了机械平台，可以在平台上安装机械臂、电动工具等，通过机械手定位装置和爪子的伸缩性适用于多种救援。救援车还具有变速功能，通过档位选择可以实现小车的高速和低速行驶。这样使小车的行走更具有灵活性、选择性。

　　3.4随着网络的发展，救援车的控制可以同时兼容网络控制，这样打破了只能使用当地热点wifi救援工作，即使指挥人员不能及时到达现场这样也可以通过网络实时控制实施救援，效率高。只要能搜到网络信号就可以控制完美的实现远程控制救援车。

　　3.5反应快、识别能力强，可以在最近最有影响力的PW2.5的恶劣天气，烟以及雾环境高速灵敏的运行。

　　3.6装置操作简单、灵活、易于控制。

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