空-路協(xié)同無人緊急救援系統(tǒng)說明書

1、第十屆山東省大學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計大賽空-路協(xié)同無人緊急救援系統(tǒng)設(shè)計說明書設(shè)計者：、指導(dǎo)教師：山東理工大學(xué)2013 年 7 月空-路協(xié)同無人緊急救援系統(tǒng)設(shè)計者：、指導(dǎo)老師：（山東理工大學(xué)交通與車輛）摘要：空-路協(xié)同無人緊急救援系統(tǒng)以解決在或事故發(fā)生時，由于信息不暢以及道路損毀或擁堵發(fā)生，造成無法快速得知準(zhǔn)確受災(zāi)地點(diǎn)或不熟悉路況而影響救援展開為目的，利用數(shù)據(jù)鏈技術(shù)聯(lián)合多方分布數(shù)據(jù)，開發(fā)以無人飛機(jī)、無人駕駛車輛隊列的高效、穩(wěn)定的救援系統(tǒng)框架。該系統(tǒng)還可為城市智能交通等領(lǐng)域應(yīng)用提供技術(shù)參考。：通信數(shù)據(jù)鏈 網(wǎng)絡(luò)控制 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視 空-路協(xié)同 無人作品內(nèi)容簡介1、研制的意義當(dāng)火災(zāi)、毒氣、交通事故等發(fā)生時，快

2、速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)受災(zāi)地點(diǎn)，分析、識別和尋找救援路徑，第一時間向救援指揮中心發(fā)布相關(guān)信息對于保護(hù)、挽救生命。本作品將提高戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)效能的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)應(yīng)用到減災(zāi)救援系統(tǒng)中，組建一個專門的空-路協(xié)同無人緊急救援系統(tǒng)。該系統(tǒng)以無人飛機(jī)無線圖像信息為，利用高效的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，將受災(zāi)現(xiàn)場地點(diǎn)、受災(zāi)面積、受災(zāi)等信息發(fā)布到緊急救援中心等部門，為緊急救援預(yù)案提供各種信息支持；然后聯(lián)合救援中心、交管部門等單位的分布數(shù)據(jù)來選擇一條安全的通道，依據(jù)數(shù)據(jù)鏈提供的受災(zāi)地點(diǎn)和路徑，采用計算機(jī)控制方法，控制無人車隊奔赴受災(zāi)現(xiàn)場所處位置進(jìn)行快速、有效的救護(hù)。本作品瞄準(zhǔn)未來大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展趨勢及應(yīng)用，利用數(shù)據(jù)鏈技術(shù)開發(fā)一個高效、穩(wěn)定的空

3、-路協(xié)同無人緊急救援系統(tǒng)框架。該系統(tǒng)經(jīng)過擴(kuò)充還可以廣泛應(yīng)用于城市交通管理智能化等領(lǐng)域，為智能交通提供前瞻性技術(shù)儲備。2、基本構(gòu)思當(dāng)大型或事故發(fā)生時，往往造成道路損毀或擁堵發(fā)生，以至于信息不暢。，隨著通信數(shù)據(jù)鏈技術(shù)在軍事領(lǐng)域的成功應(yīng)用和發(fā)展，以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛普及，構(gòu)建以無人飛機(jī)和無人車輛為工具并聯(lián)合多方分布數(shù)據(jù)的民用救援通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，不僅可以大大降低應(yīng)用成本，還可以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的空-路協(xié)同無人緊急救援。3、作品制作方法:1、搭建無人飛機(jī)、智能車輛，實(shí)現(xiàn)無人飛機(jī)災(zāi)區(qū)現(xiàn)場圖像信息，智能車輛道路圖像信息；2、建立計算機(jī)控制（最多 5 個）與無人飛機(jī)、智能車隊以及車輛之間無線通訊，實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)現(xiàn)場實(shí)

4、況分析，道路交通狀態(tài)分析以及路徑選擇，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，車輛間協(xié)同控制交互；3、設(shè)計網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與數(shù)據(jù)鏈，采用時分多址的方式實(shí)現(xiàn)信道共享和多址接入。建立數(shù)據(jù)鏈業(yè)務(wù)分類、錯誤應(yīng)對機(jī)制等；4、工作原理及性能4.1 原理圖如圖 1 所示圖 1路-空協(xié)同無人緊急救援系統(tǒng)原理圖4.2 工作原理：控制信息控制信息圖像信息第一輛車根據(jù)控制信息控制直線行駛時后車與前車保持同步，始終保持一定距離前車行駛。轉(zhuǎn)向行駛時后車首先到達(dá)前車開始轉(zhuǎn)向的位置然后再轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向過程中保持與前車軌跡相同。第二輛車（后車）第一輛車（前車）控制中心后車控制流程是否轉(zhuǎn)向否是后車轉(zhuǎn)向后根據(jù)直線行駛命令繼續(xù)前車行駛。車輛通訊與控制:以智能車輛為，通

5、過構(gòu)建車載信息、信息傳輸、信息接收、信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛的通訊與控制；采用計算機(jī)與車輛無線信息傳輸方法，研究道路交通狀態(tài)參數(shù)信息輸入方法、計算機(jī)分析與人機(jī)交互方法、控制指令輸出方式，以及與車輛連接的方法；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與數(shù)據(jù)鏈:首先設(shè)計數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作方式，給出了靈活的組網(wǎng)方案，對部分技術(shù)問題進(jìn)行研究給出設(shè)計方案；以后車行駛時間 t 后開始轉(zhuǎn)向，后車轉(zhuǎn)向時間與前車相同計算后車到達(dá)前車開始轉(zhuǎn)向位置的時間t=d/v由測速模塊測得后車的速度v由超聲波測距模塊測得與前車的距離d后車接收前車轉(zhuǎn)向方向及前車轉(zhuǎn)向時間t 轉(zhuǎn)按接收的控制命令直線行駛開始分層的方法對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的功能進(jìn)行的劃分，對各種功能進(jìn)

6、行完善的設(shè)計，并給出了合理的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)地址分配標(biāo)準(zhǔn)，采用時分多址的方式實(shí)現(xiàn)信道共享和多址接入。研究數(shù)據(jù)鏈業(yè)務(wù)分類、消息格式設(shè)計、時隙劃分、錯誤應(yīng)對機(jī)制建立等；仿真:采用以上設(shè)計的數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議，構(gòu)建具有車輛和控制臺的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，作為車輛與控制臺之間的通信橋梁，搭建高效傳輸信息的無線通信系統(tǒng)。通過計算機(jī)交通狀況分析，實(shí)時控制和調(diào)整車輛行為，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的、協(xié)調(diào)的交通組織目的。43 主要實(shí)現(xiàn)以下三部分功能：第一部分 實(shí)現(xiàn)受災(zāi)現(xiàn)場的圖像傳輸圖像由傳感器端流向控制中心，傳感器根據(jù)控制中心對數(shù)據(jù)量和安全系數(shù)的要求對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的格式化處理，形成特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第二部分 實(shí)現(xiàn)控制中心和車輛

7、的數(shù)據(jù)傳輸及信息反饋控制中心將無人機(jī)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并確定需要獲得數(shù)據(jù)的車輛信息，建立通信鏈路，確定合適的傳輸路徑，啟動物理傳輸設(shè)備，發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)。第三部分 實(shí)現(xiàn)車輛與車輛之間的數(shù)據(jù)傳輸及信息反饋無人車將從控制中心獲取的數(shù)據(jù)傳輸給其他車輛，共同采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，按照控制中心給出的路線奔赴現(xiàn)場。5、實(shí)物圖 2WIFI 智能車圖 3 車輛控制圖 4總體效果圖6、創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用6.1 創(chuàng)新點(diǎn)本作品瞄準(zhǔn)未來大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展趨勢及應(yīng)用，利用數(shù)據(jù)鏈技術(shù)開發(fā)一個高效、穩(wěn)定的空-路協(xié)同無人緊急救援系統(tǒng)框架。該系統(tǒng)經(jīng)過擴(kuò)充還可以廣泛應(yīng)用于城市交通管理智能化等領(lǐng)域，為智能交通提供前瞻性技術(shù)儲備。本作品還實(shí)現(xiàn)了

8、前車控制后車，保持列隊行駛的作用。6.2 應(yīng)用（1）可應(yīng)用于火災(zāi)、交通事故等現(xiàn)場救援；（2）可應(yīng)用于城市交通擁堵與疏通管理；（3）可應(yīng)用于城市交通導(dǎo)航管理；（4）可應(yīng)用于超大型貨場或倉庫自動化管理；（5） 可應(yīng)用于品。主車程序：#include #includeglobaldefine.h #includenrf24l01.h sbit P3_2=P32;sbit P3_3=P33;/左邊速度 sbit P3_4=P34;sbit P3_5=P35;sbit P3_6=P36; sbit P3_7=P37; sbit led=P10; sbit blow=P07; sbit mot1=P16;

9、sbit mot2=P17;/右邊速度uchar io1=15,io2=15,sdd1=1,sdd2=1;uchar temp4,cmd14,cmd24,cmd34,cmd44; uchar sys_mark,turn_time0;uchar zero_mark=1;uchar i;/存放 WIFI 串口發(fā)下來的數(shù)據(jù)/發(fā)送數(shù)據(jù)/ idata uchar TxDate_Buf0TX_PLOAD_WIDTH;uchar ctr1,ctr2,ctr3,turn_time;void delay_ms(uz)/延時函數(shù)ux,y;for(x=1000;x0;x-)for(y=z;y0;y-);void f

10、orward(void)P3_2=1; P3_4=0; P3_5=0; P3_7=1;sdd1=15;/左/右sdd2=15;void left(void)/P3_2=1; P3_4=0; P3_5=0; P3_7=1;sdd1=0; sdd2=20;void right(void)/P3_2=1; P3_4=0; P3_5=0; P3_7=1;sdd1=20; sdd2=0;void back(void)/后退P3_2=0; P3_4=1; P3_5=1; P3_7=0;sdd1=15; sdd2=15;void stop(void)/停止P3_2=0; P3_4=0; P3_5=0; P3

11、_7=0;void init()blow=0;TMOD=0X21;/定時器設(shè)置 TH0=0 xfc; /速度定時器 /fcTL0=0 x18; ET0=1;TR0=1;/18TH1=0Xfd;/串口定時器 TL1=0Xfd;ES=1; TR1=1;SCON=0X50;RCAP2H=0 xff; /(65536-100)/256 RCAP2L=0 x9c; /(65536-100)%256 TR2=1;ET2=1;EA=1;/開總中斷 PCON=0;IP=0X10;/*控制小車的基本動作*/ void main()delay_ms(5000); P0=0XFF; P2=0XFF; P3=0XFF

12、;led=0; init();NRF24L10_init(); while(1)if(sys_mark)sys_mark=0;/ 為 WIFI 操控if(cmd41=0 x01)forward(); zero_mark=0;else if(cmd41=0 x02)left(); if(zero_mark=1)turn_time0=0; zero_mark=2; i+;if(i=10)i=0;turn_time0+;else if(cmd41=0 x03)right(); if(zero_mark=1)turn_time0=0; zero_mark=2; i+;if(i=10)i=0;turn_

13、time0+;/else if(cmd41=0 x04)back(); zero_mark=0;else if(cmd41=0 x00)stop(); turn_time=turn_time0; zero_mark=1;/if(temp0=0 x01)/*if(cmd11=0 x01)/控制速度sdd1=cmd12; /cmd1else if(cmd11=0 x02)為串口接收到的速度數(shù)據(jù)十進(jìn)制 從 1 到 30sdd2=cmd12; /cmd1 為串口接收到的速度數(shù)據(jù)十進(jìn)制 從 1 到 30if(cmd11=0 x03)/cmd0=0 x06 為WIFI 操控if(cmd12=0 x19)

14、io1=0 x19;else*/頭舵機(jī)io1=cmd12; /cmd1 為串口接收到的舵機(jī)數(shù)據(jù)十進(jìn)制 從 10 到 30else if(cmd11=0 x04)if(cmd12=0 x19)io2=0 x19;io2=cmd12; /cmd1 為串口接收到的舵機(jī)數(shù)據(jù)十進(jìn)制從 10 到 30/發(fā)送數(shù)據(jù)/ ctr1=sdd1;ctr2=sdd2;ctr3=cmd41;/Tx_Mode(); delay_25us(); TxDate_Buf00=ctr1; TxDate_Buf01=ctr2; TxDate_Buf00=ctr3;TxDate_Buf01=turn_time;/NRFSetTxMod

15、e0(TxDate_Buf0); delay_25us();if(TX_ACK()led=0;elseled=1; CheckACK();/uchar sd1=0,sd2=0;void timer0()errupt 1/電機(jī)頻率 100HZTH0=0 xfc; TL0=0 x18;sys_mark=1; sd1+; sd2+;if(sd1=sdd1)P3_3=1;elseP3_3=0;if(sd1=31)P3_3=P3_3;sd1=0;if(sd2=sdd2)P3_6=1;elseP3_6=0;if(sd2=31)P3_6=P3_6;sd2=0;uchar t1=0,t2=0;void tim

16、er2()errupt 5TF2=0;t1+; t2+;/舵機(jī)頻率 50hz100us 一次if(t1=io1)/iomot1=0;else if(t1=200)mot1=mot1; t1=0;從 10 到 30為串口接收到的速度數(shù)據(jù)十進(jìn)制if(t2=io2)/io為串口接收到的速度數(shù)據(jù)十進(jìn)制從 10 到 30mot2=0;else if(t2=200)mot2=mot2; t2=0;uchar cont=0; void UART()RI=0;errupt 4/串口tempcont=SBUF; if(SBUF!=0 xff)if(temp0=0 x04)cmd4cont= tempcont;e

17、lse if(temp0=0 x02)cmd2cont= tempcont;else if(temp0=0 x03)cmd3cont= tempcont;else if(temp0=0 x01)cmd1cont= tempcont;cont+;elsecont=0;從車程序：#include #includeglobaldefine.h#includenrf24l01.hsbit P3_2=P16; sbit P3_3=P17; sbit P3_4=P34; sbit P3_5=P35; sbit P3_6=P36; sbit P3_7=P37; sbit led =P10; sbit GZ_

18、L=P11; sbit BZ_M=P12; sbit GZ_R=P13;sbit Trig= P27;/左邊速度/右邊速度/蔽障/sbit Echo= P33;ut,delay;uchar delay_mark,i;/uchar stop_mark; uchar sys_mark; uchar mark=1;uchar sdd1=1,sdd2=1; uchar turn_mark=0; uchar turn_time0;/超聲波utimeL,timeH,cj_time,distance;uchar cj_task,cj_mark,cj_delay; bit succeed_flag;/速度uc

19、ounter,spee_delay,speed0,speed1;uchar cs_mark;/顯示/*接收數(shù)據(jù)* uchar ctr1,ctr2,ctr3,turn_time;/電機(jī)控制及方向/ void forward(void)/前進(jìn)P3_2=1; P3_4=0; P3_5=1; P3_7=0;sdd1=17;sdd2=17;/速度左0-30void left(void)P3_2=1; P3_4=0; P3_5=1; P3_7=0;sdd1=0;sdd2=22;/左轉(zhuǎn)void right(void)P3_2=1; P3_4=0; P3_5=1; P3_7=0;sdd1=22;sdd2=0;

20、/右轉(zhuǎn)void back(void)P3_2=0; P3_4=1; P3_5=0; P3_7=1;sdd1=17; sdd2=17;void stop(void)/后退/停止P3_2=0; P3_4=0; P3_5=0;P3_7=0;/測距/ void ceju()if(cj_task=0)cj_task=1;Trig=1;delay_25us(); Trig=0;/超聲波輸入端/延時 20us/產(chǎn)生一個 20us 的脈沖while(Echo=0); /等待 Echo 回波引腳變succeed_flag=0; /清測量成功標(biāo)志EX1=1; TH1=0; TL1=0; TF1=0;TR1=1;/

21、打開外部中斷 1/定時器 1 清零/定時器 1 清零/計數(shù)溢出標(biāo)志/啟動定時器 1if(cj_mark)cj_task=0; cj_mark=0; TR1=0; EX1=0;if(succeed_flag=1)/關(guān)閉定時器 1/關(guān)閉外部中斷 1cj_time=timeH*256+timeL;distance=cj_time*0.172;/厘米if(succeed_flag=0)distance=0;/沒有回波則清零/測速/voidu()if(cs_mark)cs_mark=0; speed0=21*counter/20;/厘米 counter=0;if(speed1=speed0) speed

22、=speed0;elsespeed=0;L*N/20/speed=(speed0+speed1)/2+0.5;speed1=speed0;/*/ void Init()IE0=1; EX0=1;IT0=1; /IT0=1，0 為負(fù)跳變觸發(fā)方式EX1=1;TMOD=0X11;/定時器設(shè)置TH0=0 xfc; /速度定時器 /fcTL0=0 x18; ET0=1; TR0=1;EA=1;/開總中斷/18BZ_IN=1;/ void main()led=0;Init();NRF24L10_init();while(1)/*接收數(shù)據(jù)* NRFSetRXMode();delay_25us(); if(R

23、X_ACK()led=0;elseled=1;GetDate();/接收數(shù)據(jù)ctr3=RxDate_Buf00;turn_time=RxDate_Buf01;/方向/u(); if(BZ_M=0)stop(); delay_mark=0; mark=1; turn_mark=0; turn_time0=0;/*/elsedelay_mark=1; if(sys_mark)sys_mark=0; if(turn_mark=0)if(ctr3=0 x01)if(GZ_L!=0&GZ_R=0)right();else if(GZ_L=0&GZ_R!=0)left();elseforward();else if(ctr3=0 x04)back();else