2014合泰杯技术报告书

“合泰杯”第九届天津市大学生单片机应用设计竞赛技术报告书参赛队伍编号：14TJ-0077作品名称：基于无线视频传输技术的管道检修小车作品使用芯片型号：HT66FU50作品所属类别：A参赛学生：姓名学校专业年级指导老师：姓名学校学院（系）负责人姓名：负责人电话：通讯地址：Email：“合泰杯”第九届天津市大学生单片机应用设计竞赛组委会目录一、摘要……………………………………………………（2）二、作品介绍………………………………………………（2）三、工作原理………………………………………………（2）四、作品功能、特色………………………………………（3）五、作品结构………………………………………………（3）（一）硬件部分………………………………………（3）（二）软件部分………………………………………（5）六、设计方式………………………………………………（6）七、测试方式………………………………………………（7）八、操作方式、使用手册…………………………………（7）一、摘要此设计立足于管道检修，针对当前对于城市管道在检修时遇到的问题提出了利用管道小车来找出问题管道的方式。管道小车基于合泰单片机HT66FU50和STM32，结合了无线视频传输技术和小车定位技术，实现了可以实时显示视频和小车位置的功能。并且结合管道的特点，小车可以进行光线补偿和摄像角度控制。管道小车的出现将会在城市管道检修中节省大量的人力物力，提高市民的生活水平和城市的应急能力。关键词：管道小车无线视频传出小车定位二、作品介绍随着城市的发展与进步，管道已成为城市基础设施建设的必不可少的一部分。在城市的任何地方管道都随处可见，人们用管道送水、送气、排污、防涝等等。统计一个城市下水管道的总长度要远远高于城市道路的总长度。管道如此密集的分布随之就带来了管道的检修问题，对于中小型的管道，检修者无法进入管道内部进行查看，只能依照经经验分析大致确定管道的位置，然后将管道截取进行检查。这样不仅效率低下而且耗费巨大的人力物力，管道检修小车设计解决了在检查问题管道所遇到的问题。小车利用其搭载的摄像头可将管道中的情况进过无线模块实时传到操作者的手持终端上，同时小车会记录下自己的行走路径。操作者可通过查看路径来确定问题管道的位置。此作品创新性、实用性强，管道检修小车的出现将改变下载管道检修的方式，大大提高管道维护的效率。三、工作原理管道检修小车搭载数字式摄像头，单片机将摄像头拍摄的帧信息进行存储，然后通过NRF无线传输模块将图像传输到手持终端，同时小车可根据步进电机的旋转角度计算出当前所处的管道位置并将其转化成坐标发送到操作终端上。操作者可以通过摇杆控制小车的移动和摄像头的角度，还可以通过TFT显示屏查看小车拍摄到的管道情况和小车行走的路径。A.无线视频传输原理无线传输模块采用NRF24L01，工作频段为2.4~2.5GHZ。此模块具有六个数据传输通道，具有选择重发的功能，最大传输速率为2Mbit。MCU通过SPI接口与无线传输模块通信，控制数据发送与接收。B.小车路径记录原理电机采用两相八拍的工作方式，记录小车的拍数，根据其小车轮子的半径可得到小车行走路线较为准确的距离长度当小车自行前进的时候根据红外避障，记录小车的拐向结合行走距离可以得出小车的行走路径，拐向角度根据红外的接受情况与电机两边的拍数进行调节，得到一个相对准确的角度值，将路径与拐向角发给接收端，就会得知小车的具体位置，根据接收端的命令，可以控制小车行走。四、作品功能、特色4.1作品的功能首先，探测小车内部存储了整个管道的分布坐标图。操作者将小车放在管道入口处，首先设定小车的搜索范围。然后操作者发出指令启动小车，小车会自动跑到设定好的搜索起点，接着操作者可控制小车的前进和后退，通过观察小车实时传送过来的视屏来寻找管道有问题的地方。在小车行进的过程中会记录下行走的路径并将位置信息实时发送到操作者的手持终端上。操作者可根据需要切换显示视频和小车位置分布图。当确定了出问题的位置后，操作者保存好图像后给小车发返回指令，小车停止发送位置数据并自动返回到起点。4.2作品的实用性和创新之处管道探测小车可以进入到人无法进入的狭小管道中，可以将管道中的图像清楚地传送到操作者的手持设备上，并且小车还具备路径记录的功能。利用这个小车施工者可以在不对管道采取任何的处理就可以发现并定位出问题的地方。这种方法有着传统施工方式无法比拟的优越性。五、作品结构（一）硬件部分次作品主要分为小车平台和手持终端两大块，小车平台又分为视频传输部分和电机控制部分。如图一，视频传输部分由单片机、摄像头、双轴舵机和视屏传输部分组成；电机控制部分由单片机、步进电机和红外避障模块组成。主控芯片采用HT66FU50，实现电机控制、路径计算和自动壁障的功能。小车STM32无线传输模块摄像头串口HT66FU50步进电机双轴舵机红外壁障模块图一小车平台系统方块图如图二，手持终端由单片机、TFT显示频、双轴摇杆和无线传输模块组成，实现小车控制、管道图像和路径实时显示和坐标存储的功能。手持终端STM32摇杆无线传输模块TFT显示屏图二手持终端系统方块图（二）软件部分此作品一共用到三块单片机可将手持终端部分的MCU叫做主机，负责电机控制和路径计算的MCU叫做从机一，负责视频拍摄和传输的MCU叫做从机二。对于主机如图三，首先主机处于等待状态，到检测到摇杆的输出值改变时通过对标志变量赋不同的值来区分不同的控制信号。如果是启动信号，主机首先通过无线模块发送建立连接指令，与从机建立连接。然后发送启动指令，启动小车。如果是移动信号，主机将指令通过无线发送给从机从而控制小车的移动。在小车移动的过程中主机会一直接受从机的发送的图像与路径数据，然后控制TFT彩屏显示。终端流程检测设备是否正常等待命令按键中断NRF发送控制发送成功接收数据TFT显示NYNY图三主机程序流程图六、设计方式在制作与调试此作品的过程中，小组经过讨论将任务细分给每个小组成员。负责视频传输调试部分一人，负责小车调试部分一人，负责管道模型搭建一人，负责技术报告书书写及程序修改一人。开发周期为一个月，一共话费六百元左右。小组成员各司其职，在制作的过程中我们遇到了诸多问题，比如视频传输对无线模块的传输速度要求很高，在初期我们就遇到无线模块传输速度慢的情况。最后我们通过对图像进行压缩，采用DMA存储方式解决了这一问题。在此作品中，合泰单片机HT66FU50应用与小车控制与路径计算，通过记录步进电机的旋转角度来计算小车的位置，实现小车的定位功能。七、测试方式无线管道小车的测试需在非金属管道模型中进行。首先，探测小车内部存储了整个管道的分布坐标图（实验管道为U型）。操作者将小车放在管道入口处，首先设定小车的搜索范围（这里给小车一个坐标范围，范围就设为U型管道下面右侧那一竖段，小车从左侧的入口进去，右侧的口是封死的）。然后操作者发出指令启动小车，小车会自动跑到设定好的搜索起点，接着操作者可控制小车的前进和后退，通过观察小车实时传送过来的视屏来寻找管道有问题的地方。在小车行进的过程中会记录下行走的路径（通过记录拐过的弯道数和每节管道行走的距离来确定当前的位置）并将位置信息实时发送到操作者的手持终端上。操作者可根据需要切换显示视频和小车位置分布图。当确定了出问题的位置后，操作者保存好图像后给小车发返回指令，小车停止发送位置数据并自动返回到起点。八、操作方式、使用手册无线管道小车操作简单，操作之只需拿着手持终端，终端上有两个摇杆，分别控制小车的移动和摄像头的旋转。按下摇杆代表启动小车和搜寻结束。