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基本信息

作品名称:
有害气体监测机器人
大类:
科技发明制作B类
小类:
机械与控制
简介:

在我国,石油、化工、煤炭等行业有毒气体泄漏时有发生,这些灾难发生后,现场环境具有复杂性和危险性。
为降低现场探测时对检测人员的伤害,并实现对事故现场的远程监控,设计了基于ARM 9的有害气体监测机器人。
此机器人可用于对工业现场有害气体浓度、环境温度等参数进行巡检,拍摄现场的实时视频画面,通过无线传输功能,能够将现场的数据实时传送给指挥中心。

详细介绍:

在我国,石油、化工、煤炭等行业有毒气体泄漏时有发生,对人身安全的威胁也越来越大,这些灾难发生后,由于现场环境的复杂性和危险性,救援工作往往很难开展,也给救援队员的生命安全带来很大隐患。因此需要一种能够代替救援队员深入到危险区域并探测现场有用信息的监测机器人。
目前工业应用领域的有害气体检测仪器大多是固定式或便携式的。使用固定式检测仪器,只能在安装点及其附近进行数据测量,检测范围小,局限性大;使用便携式检测仪器,仍需人员手持到现场进行操作。在石油、化工、煤炭等行业,生产车间在发生气体泄漏后,现场环境变得高危,不宜人员进入,而做出及时、正确的判断和决定又依赖于及时、准确的事故现场数据。还有一些本身就需在高危环境下进行生产的特种行业,如多晶硅行业,钒钛行业等,在这些行业的生产车间人员巡检困难、投入大、人员安全不能得到有效保障。 基于上述情况设计了有害气体监测机器人,可以使用此平台对现场有害气体浓度、环境温度等参数进行巡检。主要着重于有害气体监测机器人的数据检测与视频实时传输功能,实现将现场的数据实时传送给指挥中心。
本系统分为既定巡检和手动巡检两种工作模式。既定巡检模式下,机器人可以在车间按指定路线行进,实时检测沿线有害气体浓度和环境温度,获取现场实时图像,通过无线技术将数据上传至上位机,实现自动检测。在有害气体超标或环境温度异常的情况下会报警,将异常数据上报至上位机,自动切换为手动模式。手动巡检模式下,控制人员可以在控制室通过上位机远程控制移动监测装置的运动路径,在需要检测的地点获取实时参数和现场图像。它是一种在企业自动化生产和自动化巡检系统中的自动控制系统。
有害气体监测机器人包括硬件电路制作和软件开发。
硬件方面,对监测装置的电路进行了模块化处理,监测装置主要由控制器模块、传感器模块(气体浓度传感器模块、红外传感器模块、温度传感器模块)、图像采集模块、无线通信模块、电机驱动模块、电源模块组成。控制模块的核心采用的是SAMSUNG公司推出的ARM9处理芯片SC2440,是 16/32位RISC嵌入式微处理器,实现整个系统的控制和调度管理。主要用于对传感器模块采集的温度、气体浓度和摄像头采集的现场图像数据进行分析和处理,输出信号去控制电机驱动模块,从而完成对机器人的前进、后退、左转、右转、现场有害气体的检测、温度的实时测量、现场图像的抓拍和无线传输数据的控制。
软件方面,基于Windows API,通过socket网络编程技术编写了上位机软件,采用嵌入式linux多线程编程技术编写了在有害气体监测机器人上运行的应用程序。
有害气体监测机器人在完成设计功能的前提下,充分考虑到了实用性、能耗、成本等问题,在性能和价格之间作了比较好的平衡。由于在电路中增加冗余的功能,所以设计比较复杂,保留了各种硬件接口和软件子程序接口,方便以后的扩展和进一步开发。本作品具有较高的实用价值,适用于工业生产过程中各种易造成气体泄漏场合的自动监控,具有较高的创新意义和推广价值。

获奖情况:

第十二届“挑战杯”作品 三等奖
2011年3月在校科技节活动中获科技创新一等奖

作品视频

作品图片