1、挑戰杯 管道檢測爬行器論文管道檢測爬行器簡介隨著城市的發展，城市正處于快速的擴張當中，城市正進行基本設施的改造，很多管道修要改造和建設，很多時候在進行管道施工時，由于不了解管道下面的情況，常常出現挖斷水管，電纜，排污管等，因此如果有一件可以檢測管道情況的儀器，那么以上出現的情況就可以避免了。本作品一些功能模塊與當今基本類型的管道機器人有相類同，但是通過增加一些輔助模塊，可以比一般的管道檢測器更出色。如超聲波測距模塊和車體仰傾角測量模塊，這兩個模塊的主要功能分別是測距防撞和防止車體爬行角度過大發生傾翻。這兩個模塊的加入，可以將管道檢測爬行器的安全工作系數提高很多。超聲波測距和用陀螺儀傳感器測傾角

2、的運用在當代已經是比較成熟的技術。因此，可以運用這兩技術的功能對管道檢測爬行器進行功能完善。同一般的管道機器人相比，本作品增加了超聲波測距模塊和車體仰傾角測量模塊，這兩個模塊的加入可以防止出現攝像頭被前障礙物撞壞和車體以爬坡角度過大而發生翻車的事故，使爬行器更安全地工作。這是一般的管道機器人所沒有的功能。目錄1.管道爬行器總體結構-42.爬行器各模塊-52.1電源模塊-62.2驅動模塊-72.3主控制模塊-2.4超聲波測距模塊-2.5攝像頭模塊-2.6陀螺儀模塊-1.爬行器總體結構管道檢測爬行器運動載具外形結構類似以市面上的遙控小車，整個管道檢測爬行器的全部功能模塊固定在車架上，通過車子的走動

3、，進入到工作的環境中。由于次檢測爬行器是進入到管道或地下通道類似的環境中進行工作的，所以，爬行器的體型不能夠過于大型，因為過大的話，爬行器的工作范圍匯受到諸多限制。但是，也不能過于小巧，因為爬行器如果太小的話，就有可能車體在管道工作中不穩定，在進行操縱行走的過程中很容易發生因為碰撞而導致的側翻的情況。綜合多方面的因素，因此決定爬行器的長X寬X高分別為28cm,18cm,10cm。車身的寬度可以提高爬行器在坑洼不平的下水道或坑道中的行走穩定性。總體框圖如下2.爬行器各模塊爬行器總體分為6各模塊，大致為電源模塊，驅動模塊，控制模塊，主控制模塊，陀螺儀模塊，超聲波測距模塊，攝像頭圖像采集模塊。每個模

4、塊獨立完成各自的功能，表面上每個模塊的作用互不干擾，但是，實際上有些模塊是相互配合使用的。2.1電源模塊爬行器的電源為7.2的直流電，有蓄電池提供，如下圖爬行器的電源有兩個，一個是5V，這個電源是芯片的工作電源，一個是直接從蓄電池引過來7.2V的，這個電源是為驅動電機的電源。因為因為電機的功率相對較大，而芯片的工作功率相對電機有比較小，所以需要提供兩個電源，以滿足不同模塊的工作需要。因為是直流電，所以，只要用一個5V的穩壓電路就可以得到5V的直流電源。為了得到平滑的直流電，因此需要在穩壓電路中并聯上電解電容和電感，而電感能夠防止電流的劇烈變動的沖擊，又有一定得保護作用。2.2驅動模塊 電機驅動電路；電機轉速控制電路（PWM信號）主要采用L298N，通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止的操作，輸入引腳與輸出引腳的邏輯關系圖為驅動原理圖2.3主控制模塊主控制模塊所用的芯片為飛思卡爾S12芯片，該芯片為16位，I/O口較為豐富，芯片內部集成了較多的模塊，而本作品因為所用到的模塊不多，所以其他的集成模塊就不做介紹了。這里只簡單介紹一下PWM調速。PWM實現調速的本質為改變PWM輸出的占空比，通過改變占空比的輸出可以控制輸出到驅動電機上的電壓，就可以更好的對爬行器進行操控了同時占空比的計算方法：PPOL = 0(先低后高)：