陸晏憶　宋林桂

摘要：為了在災難現(xiàn)場等復雜環(huán)境下進行生命跡象、視頻圖像數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)等現(xiàn)場環(huán)境的實時監(jiān)測，文章設計一種基于WIFI技術的搜救小車。Windows監(jiān)控端通過RT5350路由器與STC12C5A60S2單片機通信，發(fā)出控制信號給直流馬達控制器，實現(xiàn)小車行動控制。熱釋電模塊、攝像頭模塊、溫度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊進行生命跡象、視頻圖像數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、有害氣體數(shù)據(jù)等現(xiàn)場環(huán)境信息的采集，并實時回傳給windows監(jiān)控端并顯示。

關鍵詞：WIFI；實時監(jiān)測；搜救小車；視頻顯示

世界各地每時每刻都有無數(shù)自然或人為災害出現(xiàn)，災后最緊要的事情就是搜救那些被困在殘骸中的幸存者。然而，錯綜復雜、情況不定的災害現(xiàn)場給救援人員及幸存者帶來巨大的威脅，因此實時的現(xiàn)場環(huán)境信息的檢測與反饋是實施及時、有效救援的關鍵。鑒于此，本文設計并制作基于WlFI技術的搜救小車。

1系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)下位機通過STC12C5A60S2微控制器和各個傳感器監(jiān)測危險環(huán)境里的環(huán)境信息（環(huán)境溫度、有害氣體、有無生命跡象等信息）；系統(tǒng)下位機通過RT5350模塊將檢測到的環(huán)境信息發(fā)送給上位機。RT5350模塊刷上OpenWrt系統(tǒng)后通過WIFI把圖像和環(huán)境參數(shù)發(fā)送給上位機。Windows電腦終端裝有上位機軟件來實時顯示RT5350模塊發(fā)送過來的圖像和環(huán)境參數(shù)，并且可以通過上位機的方向按鈕來控制小車的運動方向。系統(tǒng)上位機軟件使用跨平臺開發(fā)軟件QT編寫，上位機軟件編寫主要使用QTcpSocket類編程。圖1為該設計系統(tǒng)的總體框圖。

2下位機設計

2.1微控制器介紹

STCl2C5A60S2單片機是STC生產(chǎn)的單機器周期（1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快12倍，內(nèi)部含有專用復位電路，2路PWM，適用強干擾場合。運用該單片機完成對搜救小車各檢測模塊、直流馬達驅動電路和上下機信息交互模塊的總控制。圖2為下位機工作流程。

2.2熱釋電模塊介紹

熱釋電傳感器是一種新型的敏感元件，它以非接觸式檢測人體發(fā)出的紅外輻射，將其轉化成電信號輸出，該熱釋電模塊是由BISS0001、熱釋電傳感器和少量外接電子元件構成的被動式紅外開關組成。當檢測到生命跡象時熱釋電模塊輸出高電平，沒有檢測時輸出低電平，模塊輸出信號經(jīng)過三極管構成反相器取反后送給單片機。

2.3溫度傳感器模塊介紹

溫度傳感器采用美信半導體的DS18820，該傳感器具有體積小、價格低、抗干擾能力強、精度高、電路簡單的特點。該傳感器是數(shù)字傳感器，使用單總線方式與單片機通信。

2.4有害氣體檢測電路模塊介紹

該電路采用的M02氣體傳感器，該傳感器具有高靈敏度、廣泛的探測范圍、簡單的驅動電路、優(yōu)異的穩(wěn)定性等特點，該傳感器可以用于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。該傳感器有6個引腳，2個引腳用于為傳感器內(nèi)部的加熱器提供電流，加熱器為氣敏元件提供必要的工作環(huán)境，4個引腳用于信號取出，信號取出后經(jīng)過1個電壓比較器電路輸出數(shù)字信號給單片機，當檢測到以上有害氣體時電壓比較器輸出低電平，沒有檢測到有害氣體時輸出高電平。

2.5直流馬達驅動電路介紹

小車的直流電機使用電流相對較小的130馬達，驅動芯片選用L9110S。本設計運用L9110驅動芯片兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC中，從而降低外圍器件成本，提高整機的可靠性。2個輸出端具有較大的電流驅動能力，每通道能通過750～800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達1.5～2.0A，能直接驅動電機的正反向運動及停止。

2.6 RT5 350模塊工作原理介紹

本設計采用RT5350模塊作為環(huán)境信息傳輸模塊。RT5350模塊帶有WIFI功能，在無遮擋的情況下有效WIFI傳輸距離為100M，能夠滿足近距離的數(shù)據(jù)傳輸，如需增大傳輸距離需增加外置大功率天線。將OpenWrt系統(tǒng)刷在RT5350模塊中并安裝Ser2net軟件和MJPG-streamer軟件。Ser2net軟件實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)互相轉換，MJPG-streamer軟件將USB攝像頭采集的視頻通過網(wǎng)絡傳輸?shù)缴衔粰C實現(xiàn)視頻監(jiān)控。

3上位機工作原理介紹

本系統(tǒng)的上位機是由可以在多種操作系統(tǒng)下運行的QT軟件編寫，用QT編寫的軟件也可以在多種操作系統(tǒng)下運行，比如：Windows，Linux，Android等系統(tǒng)。QT軟件帶有UI設計軟件，利于界面設計實現(xiàn)，QT把網(wǎng)絡編程有關的函數(shù)和數(shù)據(jù)結構封裝成各種類，使得程序的開發(fā)更加簡潔和高效，所以本系統(tǒng)的上位機選用QT軟件來編寫。下位機和上位機通信采用TCP協(xié)議，本系統(tǒng)中上位機使用QTcpSocket類編程，本系統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)和小車運動的控制指令通過Socket通信傳輸完成，Socket通信即是給固定的IP地址設備的固定的軟件端口傳輸數(shù)據(jù)，Socket通信指明了數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?。本系統(tǒng)的路由器的IP地址是192.168.1.100，Ser2net軟件的端口號是2001；上位機首先使用connectToHost（）函數(shù)與服務器RT5350模塊連接，連接成功后就可以根據(jù)需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)可以使用write（）函數(shù)，這種函數(shù)有3種重載形式，系統(tǒng)使用write（const char*data）函數(shù)，當QT界面的按鈕組件發(fā)生按動時觸發(fā)小車運動控制槽函數(shù)發(fā)出小車運動控制指令。當QTcpSocket收到新的數(shù)據(jù)時，readyRead（）信號就會被觸發(fā)，將該信號與接受傳感器數(shù)據(jù)處理函數(shù)相連，收到傳感器數(shù)據(jù)后上位機提取并顯示，同時上位機每0.04s刷新一次從下位機RT5350傳送來的圖片，實現(xiàn)視頻顯示。

4系統(tǒng)測試

為了驗證系統(tǒng)能夠正常工作，通過上位機調(diào)試軟件接收WIFI發(fā)過來的環(huán)境信息和視頻并且控制小車的運動方向。圖3為上位機軟件調(diào)試結果，這說明下位機和上位機可以正常工作。

5結語

基于WIFI的實時視頻同傳的探測小車是一個集單片機、無線路由器、攝像頭、QT等各種軟硬件于一體的智能化搜救小車系統(tǒng)。該設計通過上位機完成小車行動控制，采集熱影像、溫度、實時視頻等周圍信息和數(shù)據(jù)回傳，其軟硬件設計簡潔，開發(fā)成本低。同時學生對該設計會感興趣，既有單片機程序設計又有上位機軟件設計，適合物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)的學生做綜合課程設計。