管道救援遥控车设计

郭旭 刘涛

摘 要：科技高速发展，智能消防设备随着科技进步而不断突破。本文设计一辆可以进入管道内部，携带摄像头等通讯装置，了解被困人员的情况，提高救援能力的管道救援遥控车。基于89C51单片机的智能遥控车的分析与设计，采用光敏传感器实现自动避障功能与远程操作相结合，设计主控制器、电机驱动、电池、以及检测模块。实现管道救援的功能，给出程序框图，进行理论分析，证明设计的可行性。

关键词：管道救援；远程控制；自动避障；车身设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.008

1 引言

由于管道空间限制，救援人员不能及时了解被困人员现状，甚至由于救援判断的错误危及被困人员的生命。遥控小车可以在危险环境中代替人体进行探测等工作，既可以减小人员伤亡，又可以精准的完成任务[1]。

2 管道救援遥控车设计

已知车轮设计转速6.5m/min，车轮牵引力为25N，车轮直径48.1mm。

设计直接驱动车轮，中间两齿轮采用双层齿轮，提高传动效率。

2.1 车架的设计

车架选用边梁式车架。由分开的若干纵梁和横梁组成，便于安装车身和布置其他总成[2]。

2.2 电动机参数的选取

（1）电动机选用直流有刷电机。

2.5.2 蜗轮与蜗杆的主要几何尺寸

因为蜗杆传递功率和速度都不大，选用普通阿基米德蜗杆。

要求传动比大而且反行程拥有自锁性，常取1，为单头蜗杆[6]。

压力角α：国家标准GB/T 10087—1998规定，阿基米德蜗杆压力角。国家标准GB/T 1356—2001规定：，。

传动比i和齿数比u：当蜗杆为主动时，，。

2.5.3 轴的设计计算

因为中间两个轴采用双层齿轮设计，不需要轴传动，仅起到支撑作用，所以选用标准采用蜗杆轴的标准。

（1）蜗杆轴：

2.6 总体结构

采用4*4的驱动形式。通过程序的控制可以实现每个车轮可单独运动。

小车总宽为40cm，总长为40cm，高度为35cm。

质心高度与专用车的纵向稳定性和侧向稳定性成反比，质心高度應选的较低，本小车选为30cm。

专用车通过性参数：最小离地间隙0.3m、通过半径0.1m、接近角45?、离去角45?。

3 控制系统的设计

3.1 传感器的选用

避障传感器选用红外线传感器；热传感器选用Grove-PIR Motion Sensor，它利用热电红外传感器侦测面前120?扇形，距离3m范围内移动的物体。

遥控器选用WFT07 2.4G遥控器，工作电压范围：3.7V～6V。接收器选用WFR07S接收机，7通道，可满足现有的操作要求并且备用几个通道便于附加功能的添加。

3.2 单片机的选用

本设计中采用89C51单片机，此单片机为带4K字节闪烁，可编程与擦除只读存储器的低电压与高性能的CMOS8位微处理器[7]。

3.3 控制系统工作原理

P0.0- P0.4端口接为传感器的信号接收端；

P0.5、P0.6、P1.0- P1.7端口接为电动机运行控制端；

P2.0-P2.7端口为外界控制端。

3.4 工作原理

若下出现热源时，P0.3=0，热敏传感器进行控制，停止工作；

当右前方出现障碍时，P0.0=1& P0.1=0，接收右侧红外线传感器障碍信号；P1.0=1，继电器控制左前方车轮停止前进；P1.4=1时，继电器控制左后方车轮停止前进；延时2秒， P1.0=0，继电器控制左前方车轮前进；P1.4=0时，继电器控制左后方车轮前进。

同理，当左前方出现障碍时，P0.0=0& P0.1=1；当左右前方均出现障碍时，P0.0=0& P0.1=0。

4 结论

设计适用于管道的救援遥控车，通过传感器实现自动避障，通过通信模块远程控制小车，采用了89C51单片机，电池模块、电机驱动模块等。

采用了6V直流电机提供驱动力，行进机构上采用蜗轮蜗杆三级减速机构，保证动力的充足并且留出携带其他装备空间。

管道救援遥控车的出现有助于救援设备的发展。在今后救援工作中提高救援工作安全性与救援效率，具有重要的理论与现实意义。

参考文献：

[1]张可儿，魏盼.基于Arduino单片机的遥控救援小车[J].自动化与仪器仪表，2016（11）：58-60.

[2]罗永革，冯樱.汽车设计[M].机械工业出版社，2016（08）.

[3]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].高等教育出版社，2016（05）.

[4]卢书荣，张翠华.机械设计课程设计[M].西南交通大学出版社，

2017（01）.

[5]濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计[M].高等教育出版社，2013（05）.

[6]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].高等教育出版社，2016（05）.

[7]李群芳.单片微型计算机与接口技术[M].北京：电子工业大学出版社，2015：16-26.

作者简介：郭旭（1996-），男，河北唐山人，本科，研究方向：车辆工程。