智能小车在医疗垃圾搬运系统中的应用

李野，张晶

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔，161000）

0 引言

随着智能化技术的快速发展，医院的诊疗及相关工作开展的过程中都要使用智能化技术实现效率的提升，减少人工和资源的消耗。智能医疗垃圾运输车主要利用光电技术，采用C51单片机作为主控器，L293D作为电机驱动芯片，同时采用红外装置实现无人驾驶车辆的寻迹、避障、站点检测等功能，保证车辆可以在规定的轨道上行驶，自动识别路上的障碍自动躲避，识别信号灯自动停车和启动，行驶到固定垃圾站回收地点停车，自动打开车门实现医疗垃圾卸载。智能化小车的运用有助于提升医疗垃圾的搬运及处理效率。

1 研究背景

上世纪，80年代末期，我国开始了对于智能搬运车的研究，经过几十年的研究与发展，取得了一些成果。1992年，我国国防科技大学首次研发并制作出了无人驾驶的汽车，后来清华大学研制开发出了清华V型智能汽车，在当时被认为是科技含量最高的无人驾驶汽车，可以在复杂路况下行驶。西安交通大学研发了Spingrobot智能试验平台，甘肃敦煌举办的“新丝绸之路”活动中参与了表演。同济大学研制了无人驾驶清洁能源电动游览车，时速可达到50km。

我国各大高校开始陆续对智能汽车进行研究，清华大学率先建立了汽车研究所，对智能汽车的一些模块和系统进行研究，例如汽车导航、车载微机、智能避障等领域进行研究。吉林工业大学研究智能小车起步较早，成功研制出了可识别图像的智能引导小车，在我国是比较具有代表性的。

国防科技大学联合中国一汽集团研制成功 CITAVT型自主导航车，截至目前，该团队研究智能导航车已经发展到第4代，车辆行驶性能良好，可以高速行驶，具备超车技能，智能车道路行驶车速最高达75km/h，其技术指标达到世界先进水平。关于人工智能的研究，我国近些年从未停止过，沈阳新松机器人开发的新型机器人具有多种功能，例如教育、娱乐等功能，可自动行走，可以躲避障碍物，接收语音并进行识别，做出指令和反馈，可以连接网络下载一些数据和信息等。

随着计算机和智能技术的发展，我国对于智能车辆的研究呈现出突出的特点，首先智能车的硬件结构主要采用通用芯片，其次，智能车辆控制系统依靠网络实现信息传递，依靠信号控制车辆运行，信息传输速度较快。智能车辆研发出来，有关企业开展了智能小车比赛，例如飞思卡尔半导体公司资助举办的“飞思卡尔”智能车竞赛。

2 智能医疗垃圾搬运车主体结构

2.1 智能车底盘光

电智能医疗垃圾搬运车的底盘采用金属底盘，坚固且稳定，使光电智能医疗垃圾搬运车的稳固性能大大提高。

2.2 四轮驱动

驱动方式不仅要求提供光电智能医疗垃圾搬运车的动能并且保证公交车的平稳。采用四轮驱动，使全部重量作附着压力使附着力显著增加，减少轮胎磨损。

2.3 红外接收装置

红外线接收装置用于识别站点，测量站点的频率。采用51单片机，接收管和发射管。具有体积小、功耗低、功率强、成本低的特点。

2.4 寻迹装置

寻迹装置以单片机控制为核心，红外传感器，电机等设备进行寻迹控制。操作安装简单快捷，性能高效。

2.5 避障设备

避障设备用于躲避路途中的障碍。决定采用红外线避障系统，反应速度快，十分敏捷，把红外线避障系统安装在车头，提高灵敏性。

2.6 红绿灯识别装置

红绿灯识别装置用于识别路途中的红绿灯，红灯停车，绿灯行驶。识别装置包括有信号接收器、信号识别器、信号转换器等。可以精准识别路途上的信号，及时停车和启动。

3 智能医疗垃圾运输车模块分析

3.1 主控板

主控板小巧轻便，操作简单，易于写入和修改程序，主要采用51系列单片机结构简单，技术成熟，造价较低，有助于控制成本。拥有4k字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式。空闲方式体制CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。

3.2 站点检测模块

站点采用红外线发射装置发射信号，所以站点检测设备采用红外线接收装置。当通过发射红外线并检测红外线有无被反射来确定前方是否存在站点，检测到站点，则停车下客；反之继续前行。

3.3 电机驱动模块

对于驱动芯片选择，选择专业芯片L293D作为电机驱动芯片，L293D是著名的SGS公司的产品。为单块集成电路，高电压高电流，四通道驱动，设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)，和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。L293D可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/0输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作，有效控制电机运动。

3.4 避障检测模块

红外测距速度快、便宜、安全，且容易制作。汽车上具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外信号的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回，可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。由于是光检测距离，其反应速度比超声波传感器要快，红外测距速度快精度高。

3.5 寻迹模块

利用集成型红外对管作为寻迹单元的传感器，其中红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收，采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再采用射极输出器对信号进行隔离。

红外传感器寻线的基本原理是利用物体的反射性质，目的是让小车寻黑线行驶，当红外线发射到黑线上时会被黑线吸收掉，发射到其他的颜色的材料上会有反射到红外的接受管上。其中中间两路巡线是一直在黑线上，小车会直行，当任意一个出来，则小车会自动纠正，如果最外面的检测到黑线，则小车以更大速度纠正到正确黑线上面。

3.6 车辆控制模块

采用STC89C52型号单片机作为该智能小车主控制器。STC89C52单片机是个超低功耗，和标准51系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，支持ISP在线编程，片内含8k空问的可反复擦写1000次的只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器，32个I/O接口，3个16位可编程程序定时计数器。其指令和系统的8051系列单片机指令系统兼容，降低了系统软件的设计难度，结构简单，价格廉价。

3.7 卸货装置

用钢球模拟医疗垃圾，在垃圾搬运车上安装一根管子并放上钢球，当收到信号时，运用舵机卸下指定的钢球。该装置可以随时调整卸下钢球的数量、结构简单，占用空间小。

3.8 人机接口

采用是机械弹性开关，当机械触点断开，闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上就能稳定的接通，在断开时也不会一下子彻底断开，而是在闭合和断开时会伴随着一连串的抖动。

3.9 电源选择

能源选择关系到公交车的续航问题、动力问题，对于整个小车的制作至关重要。锂电池所占的市场份额超过了90%，已经成为了默认的电池。锂电池电压平台高：单体电池的平均电压为3.7V或3.2V，约等于3只镍镉电池或镍氢电池的串联电压，便于组成电池电源组消极的一方面是，锂离子电池很容易燃烧，因此，大多数锂离子电池都带有防短路的保护电路，还有防爆线。锂电池价格便宜，性能较高，锂电池使用寿命相对较长，使用寿命可达到6年以上，绿色环保，对环境没有危害。并且具备高功率承受力。

4 医院智能医疗垃圾搬运车发展前景

光电智能医疗垃圾搬运车隶属于智能小车范围，隶属于AGV移动机器人产业。随着社会的进步，智能小车作为现代新发明，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车，远程传输图像等功能。

中央印发的《智能小车行业发展“十三五”规划》中明确要求到2020年智能小车行业将增加30%，各地方出台了地方政策，提高行业的渗透率。2019年智能小车行业成为政策红利的市场，国务院政府报告指出智能小车将会有利于提高民众生活质量。

近两年，随着AGV小车技术的不断成熟，其应用场景也在不断扩大，除传统汽车领域及近年来大热的电商行业以外，一些新兴的市场例如医疗、巡检、停车等行业也在逐步扩大应用，不过目前整体新兴行业整体来说还处于一个市场培育期，对于AGV智能小车厂商而言，这个时期除了培养用户的认知以外，还需要不断提升产品的实用性。

5 结语

光电智能医疗垃圾搬运车采用新能源形式，环保健康，符合现代能源要求，符合医院搬运及处理医疗垃圾的去修。光电智能医疗垃圾搬运车应用于医疗机构，可以避免了人为二次接触，保护了一线医疗人员，避免医疗垃圾导致的院内感染问题。智能小车行业目前较为火热，行业的发展长期性较好，将光电智能医疗垃圾搬运车应用于医院中，可以降低成本，减轻工作人员压力，有助于实现资源有效利用。