面向废墟监控和搜救机器人协同的无线传感器网络节点的制作方法

本实用新型属于地震应急搜救和废墟环境智能监控技术领域，具体涉及一种面向废墟监控和搜救机器人协同的无线传感器网络节点。

背景技术：

地震及建(构)筑物坍塌等自然灾害发生后，搜救机器人需要进入现场进行人员救援，由于灾害现场环境复杂，潜在着各种危险因素，因此，搜救机器人仅凭自身的感知能力会降低任务执行效率。所以，需要布设自然灾害现场环境监控设备，对现场环境进行监控。现有技术中，自然灾害现场环境监控设备为采用有线网络通信，一方面，具有线路架设困难以及电源供给不便的问题；另一方面，自然灾害现场环境监控设备为定点安装，因此，摄像头存在监视死角，无法对房屋、洞穴内部等存在遮挡区域进行监测。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种面向废墟监控和搜救机器人协同的无线传感器网络节点，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种面向废墟监控和搜救机器人协同的无线传感器网络节点，包括上筒(2)、下筒(3)、三脚架(4)、wifi通信装置以及太阳能电池板；所述上筒(2)和所述下筒(3)之间通过立柱(6)连接固定；所述三脚架(4)可拆卸安装于所述下筒(3)的底部；

其中，所述上筒(2)的顶部安装透明罩(1)，所述上筒(2)的筒内安装有工控主板(13)，所述工控主板(13)配有电源适配板(14)，所述上筒(2)的内部且靠近所述透明罩(1)的位置，安装有摄像头(9)；所述上筒(2)的内部还固定安装GPS模块(11)和Zigbee模块(20)；所述摄像头(9)、所述GPS模块(11)和所述Zigbee模块(20)均与所述工控主板(13)连接；所述上筒(2)的底部设置有第1防水航插；所述第1防水航插将工控主板电源线和工控主板通信线引出到上筒外部；所述工控主板通信线的另一端与位于筒外的所述wifi通信装置连接；

所述下筒(3)的筒内固定安装锂电池(16)和太阳能控制器(17)，所述太阳能控制器(17)与所述锂电池(16)连接；所述下筒(3)的底部设置有第2防水航插；所述第2防水航插将与所述太阳能控制器(17)连接的充电线缆和供电线缆引出到下筒外部；所述充电线缆的另一端与所述太阳能电池板连接；所述供电线缆的另一端与所述工控主板电源线连接。

优选的，所述透明罩(1)的材质为亚克力材料。

优选的，所述上筒(2)的内部固定安装有圆形挡板(21)；所述摄像头(9)通过支架(10)固定安装于所述圆形挡板(21)上面；所述GPS模块(11)通过固定板(12)固定安装于所述圆形挡板(21)上面。

优选的，所述摄像头(9)通过USB接口和所述工控主板(13)连接；所述GPS模块(11)通过UART接口和所述工控主板(13)连接；所述Zigbee模块(20)通过UART接口和所述工控主板(13)连接。

优选的，所述下筒(3)的筒内且位于所述下筒(3)的底板上安装支撑板(18)；所述锂电池(16)设置于所述支撑板(18)上，并通过扎带进行固定；

所述太阳能控制器(17)设置于所述锂电池(16)的下方，所述太阳能控制器(17)通过铜柱固定于所述下筒(3)的底板上面。

本实用新型提供的面向废墟监控和搜救机器人协同的无线传感器网络节点具有以下优点：

(1)采用wifi通信装置上传监视现场环境状况，因此，不需要有线通信时的线路架设工作量，节省了人力物力；由于为无线通信，网络节点布设灵活，提高监测灵活性和减少监测死角，可以协助机器人复杂灾害环境中的任务执行，保证安全隐患的早发现早预防，对保护人身财产安全等起到至关重要的作用；

(2)节点配有太阳能电池板和可充电式高容量锂电池，并配有可拆卸的三脚架，便于携带和灵活部署；此外，采用太阳能供电方式，不需要架设供电线缆，进一步简化了节点布置的复杂度和成本，还能够长期持续向节点供电，保证节点长期持续工作。

(3)核心的电子器件布置于上筒和下筒的筒内，能够延长电子器件的工作寿命，保证其稳定可靠工作。

附图说明

图1是本实用新型的无线传感器网络节点的整体结构示意图；

图2是本实用新型的无线传感器网络节点的分模块结构示意图；

图3是本实用新型的无线传感器网络节点上筒内部结构示意图；

图4是本实用新型的无线传感器网络节点下筒结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种面向废墟监控和搜救机器人协同的无线传感器网络节点，具体为一种面向废墟环境监控和搜救机器人作业协同的无线传感器网络节点，基于无线传感器网络节点建立无线感知传感网络，可协助机器人复杂灾害环境中的任务执行，形成一套灾害环境下能够为搜救机器人提供有力支撑的无线感知网络、综合救援协调机制。

如图1所示，无线传感器网络节点包括上筒2、下筒3、三脚架4、wifi通信装置以及太阳能电池板；上筒和下筒主要材料为ABS工程塑料。wifi通信装置以及太阳能电池板均安装于筒外部。上筒2和下筒3之间通过立柱6和螺母8连接固定；三脚架4可拆卸安装于下筒3的底部；通过安装三脚架，便于无线传感器网络节点的携带和固定安装。

下面对上筒和下筒分别详细介绍：

(一)上筒

如图3所示，上筒2的顶部安装亚克力材料的透明罩1，上筒2的筒内安装有工控主板13，工控主板13通过铜柱15安装于上筒内部；工控主板13配有电源适配板14，上筒2的内部且靠近透明罩1的位置，安装有摄像头9；摄像头9可透过亚克力材料的透明罩监控外部环境。上筒2的内部还固定安装GPS模块11和Zigbee模块20；实际应用中，上筒2的内部固定安装有圆形挡板21；摄像头9通过支架10固定安装于圆形挡板21上面；GPS模块11通过固定板12固定安装于圆形挡板21上面。

摄像头9、GPS模块11和Zigbee模块20均与工控主板13连接；具体的，摄像头9通过USB接口和工控主板13连接；GPS模块11通过UART接口和工控主板13连接；Zigbee模块20通过UART接口和工控主板13连接。

上筒2的底部设置有第1防水航插；在附图3中，共设置两个防水航插，分别为M18第1防水航插5和M12第1防水航插7。第1防水航插将工控主板电源线和工控主板通信线引出到上筒外部；工控主板通信线的另一端与位于筒外的wifi通信装置连接，由此实现工控主板和wifi通信装置的通信连接。

如图2所示，无线传感器网络节点基于X86架构的PC104工控机，配装电源适配板，以满足不同接口模块对电源电压和电流的需求。GPS模块选择UART接口或USB接口，支持NMEA-0183通讯协议，工作温度-20℃到+40℃。高清摄像头选择USB接口，分辨率满足640X480，帧率满足15帧/秒，数据格式可为JPEG等。Zigbee模块接口为UART串口接口，与上位机通讯速率可达119200bps，无线通讯速率最高可达200Kbps。WiFi模块选择USB接口，带高增益定向天线，实现基于WiFi无线局域网的高速通讯，通讯速率50Mbps以上。

(二)下筒

如图4所示，下筒3的筒内固定安装锂电池16和太阳能控制器17，太阳能控制器17与锂电池16连接；具体的，下筒3的筒内且位于下筒3的底板上安装支撑板18；锂电池16设置于支撑板18上，并通过扎带进行固定；太阳能控制器17设置于锂电池16的下方，太阳能控制器17通过铜柱固定于下筒3的底板上面。

下筒3的底部设置有第2防水航插；在图4中，下筒底部设置有开关19、M18第2防水航插和M12第2防水航插。第2防水航插将与太阳能控制器17连接的充电线缆和供电线缆引出到下筒外部；充电线缆的另一端与太阳能电池板连接，由此实现太阳能电池板通过太阳能控制器对锂电池进行充电；供电线缆的另一端与工控主板电源线连接，实现向工控主板等设备供电。

由此可见，本实用新型提供的无线传感器网络节点，为一种低成本、低复杂度、便携式、能快速部署与组网的网络节点，并且，具有良好的扩展性。本实用新型采用GPS进行自身定位，采用摄像头监控地震废墟现场环境，通过Zigbee模块与其他安装有Zigbee模块的节点进行通讯，并通过TCP/UDP协议将节点周围环境数据传输回控制台。本节点即可单独用于监控地震废墟现场环境，也可和其他抛洒式节点构件无线传感器网络来感知周围环境，形成一套地震废墟环境下能够为搜救机器人提供有力支撑的无线感知网络、综合救援协调机制。

本实用新型提供的面向废墟监控和搜救机器人协同的无线传感器网络节点具有以下优点：

(1)采用wifi通信装置上传监视现场环境状况，因此，不需要有线通信时的线路架设工作量，节省了人力物力；由于为无线通信，网络节点布设灵活，提高监测灵活性和减少监测死角，可以协助机器人复杂灾害环境中的任务执行，保证安全隐患的早发现早预防，对保护人身财产安全等起到至关重要的作用；

(2)节点配有太阳能电池板和可充电式高容量锂电池，并配有可拆卸的三脚架，便于携带和灵活部署；此外，采用太阳能供电方式，不需要架设供电线缆，进一步简化了节点布置的复杂度和成本，还能够长期持续向节点供电，保证节点长期持续工作。

(3)核心的电子器件布置于上筒和下筒的筒内，能够延长电子器件的工作寿命，保证其稳定可靠工作。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。