摘要：综合管廊是一种建在地下的集合城市里许多管线的集约化隧道，近年来随着其发展速度越来越快，对先进的巡检管理方式的要求也越来越高。本文介绍了一种基于S3C6410控制器的管廊巡检机器人的技术。
关键词：管廊巡检；机器人；arm
一．引言
地下综合管廊，又称“共同沟”，是对地下各种管线、管道的统筹管理，即“统一规划、统一建设、统一管理”，其中包含了一个城市正常运营下所需要的方方面面的供给，包含通风、照明、排水、检测、检修口等，是集水利系统、电力系统、热力系统、通讯系统、燃气系统、消防系统等多种管线和设备为一体的集约化隧道，是城市运行的命脉。
综合管廊普遍存在着距离长，分支多，内部信号干扰性强，人工辅助管理困难等特点，加之综合管廊建设于地下，隐蔽性强，数据传输困难，传统的人工巡检方式并不适用。种常规的综合管廊监控技术方案是采用分布式监控系统。这一系统的主要特点是严重的依据传感器网络技术，将大量、多类型的环境监测传感器和摄像头按一定规律组成网络。该分布式监控技术方案的缺点是传感器使用量巨大，后台数据处理复杂，并且分布式监控系统自身就有着巨大的建设投资和高昂的运营管理成本，大范围长距离监控会增加系统的复杂性。
因此设计一种集众多传感器于一身的，具有无线通讯功能的智能巡检机器人来完成管廊内部的循回监控工作将具有重要意义。
二．巡检机器人的构造及功能
管廊巡检机器人为多箱体结构，分为两个箱体，箱体之间以挂钩相连。第一个箱体底部为一个将控制板，通讯模块，摄像模块，传感器模块装在一起的长方形箱体，中部前侧为一个电机驱动器，后侧为一个伺服电机，最上部为一排从动轮，运行时与伺服电机一起夹住轨道，伺服电机下方为一个电动调节的自动夹紧装置，可改变主轮和从动轮夹轨道的力矩。第二个箱体为电源模块，上方为四个从动轮，运行时挂在轨道上，下方为一长方形电池组，电池组与控制模块之间，电机调速器与电机之间以接线相连。实物图如下所示：
管廊巡检机器人功能强大，能在复杂的环境中正常运行，其主要功能有视频监视、环境监测、高压电缆本体监测、火灾预警、智能调度等。
三．巡检机器人的控制核心
管廊巡检机器人的控制核心选用三星公司成产的基于ARM11架构的S3C6410控制芯片。
ARM11微处理器是一种高性能、低功耗的‘准64位’微处理器！对于目前大多数嵌入式应用，一个真正的64位处理器仍然被认为是不必要的，其巨大的功耗和面积让人难以接受。对此，ARM11选择了一个折中的方案，以较小的代价，部分实现了一个64位微架构。ARM11只在处理器整数单位和高速缓存之间，以及在整数单位和协处理器之间实现了64位数据总线。这些64位数据道路允许处理器在一个时钟周期中同时获取两条指令，还允许在一个时钟周期执行多个数据读写指令。这使得ARM11在执行很多特定序列的代码时能够达到非常
高的性能，特别是那些允许数据搬移与数据处理并行处理的代码序列。
S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性价比的RSIC处理器，它基于ARM11内核（ARM1176JZF-S），可广泛应用于移动电话和通用处理等领域；S3C6410为2.5G和3G通信服务提供了优化的硬件性能，内置强大的硬件加速器：包括运动视频处理、音频处理、2D加速、显示处理和缩放等；集成了一个MFC（Multi-Format video Codec）支持MPEG4 /H.263/H.264编解码和VC1的解码，能够提供实时的视频会议以及NRSC和PAL制式的TV输出；除此之外，该处理器内置一个采用最先进技术的3D加速器，支持OpenGL ES 1.1/ 2.0和D3DM API，能实现4M triangles/s的3D加速；同时，S3C6410包含了优化的外部存储器接口，该接口能满足在高端通信服务中的数据带宽要求。由于以上突出的性能表现，著名的苹果公司手机IPHONE就是基于S3C6410处理器。S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性价比的RSIC处理器，它基于ARM11内核（ARM1176JZF-S），可广泛应用于移动电话和通用处理等领域；S3C6410为2.5G和3G通信服务提供了优化的硬件性能，内置强大的硬件加速器：包括运动视频处理、音频处理、2D加速、显示处理和缩放等；集成了一个MFC（Multi-Format video Codec）支持MPEG4 /H.263/H.264编解码和VC1的解码，能够提供实时的视频会议以及NRSC和PAL制式的TV输出；除此之外，该处理器内置一个采用最先进技术的3D加速器，支持OpenGL ES 1.1/ 2.0和D3DMAPI，能实现4M triangles/s的3D加速；同时，S3C6410包含了优化的外部存储器接口，该接口能满足在高端通信服务中的数据带宽要求。由于以上突出的性能表现，著名的苹果公司手机IPHONE就是基于S3C6410处理器。
四．巡检机器人的传感器
为了完成对管廊内部环境进行实时检测，管廊巡检机器人内部集成了许多传感器，包括氧含量传感器，温湿度传感器，可燃气体传感器，RFID传感器等。
RFID传感器：RFID又称无线射频识别，是一种通信技术，俗称电子标签。可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID传感器的主要目的是实现巡检机器人的定位功能。
氧含量传感器：氧传感器采用电化学模组ZE03，它是高性能的、通用的电化学系列模组，它采用三电极电化学气体传感器和高性能微处理器，搭载不同的气体传感器就可以测量对应的气体。内置温度传感器进行温度补偿，可精确的测量环境中的气体浓度，同时具有数字输出与模拟电压输出。
温湿度传感器：温湿度传感器采用DHT11模块，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。
可燃气体传感器：可燃气体传感器采用MQ-2烟雾报警器，可医用来检测测验气体的浓度，当浓度高于一定的阈值时，会禅生报警信号。
五、巡检机器人的工作过程
管廊巡检机器人上电之后会自动的在管廊内所规定好的一个区域内进行来回巡检，其内部装有各种检测环境的传感器，传感器检测到的环境变量将通过相应的通讯协议传给控制器，控制器在将这些信息打包通过TCP/IP协议发送给地面的控制中心，控制中心就会实时地受到巡检机器人巡检区域内的各种环境参数。当想要改变巡检机器人的巡检方式，或者控制其到达指定的位置时，地面控制中心同样通过TCP/IP协议发出相应的控制指令包，机器人收到控制指令包后会解包然后完成相应的任务。
六．结束语
目前管廊的巡检方式主要由分布置和集中式两种，本文介绍的基于S3C6410的巡检机器人属于集中式，其功能强大，可在复杂环境中稳定运行，并准确检测出巡检位置的环境参数传给地面控制中心。此方案与分布式监控方式相比大大地降低的成本和系统的复杂性，是个值得研究和推广的方式。
论文作者:郝海星,李振海,孙建鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/23
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