基于无线网络的地震救援模拟演示系统开发与设计

2014-11-28李孝岩LIXiaoyan段志伟DUANZhiwei罗东明LUODongming黄阳HUANGYang刘珈池LIUJiachi

价值工程 2014年9期

李孝岩LI Xiao-yan；段志伟DUAN Zhi-wei；罗东明LUO Dong-ming；黄阳HUANG Yang；刘珈池LIU Jia-chi

（东北石油大学，大庆 163318）

（Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

0 引言

地震现场的搜救效率直接关系到地震救援工作的成功率，是提高被困人员生命存活率的重要因素。强震发生后，地震现场往往余震频发、废墟内环境危险而又复杂，这些都给救援人员带来了极大的困难，也威胁着救援人员的生命安全。并且震后由于房屋坍塌、桥梁受损断裂及通讯设施受到严重损坏，不仅难以了解灾区受灾状况，而且难以向灾区运送救援物资，给灾区的救援工作带来了极大的困难。因此迅速地将救援物资送达物资需求点，并对受灾地区的灾情状况信息进行采集已成为当务之急。在紧急运送救援物资的同时施救人员的人身安全也极为重要，如何确保“双安全”，即幸存者和救援人员本身的安全也成为救援过程中的一个难题。

本文利用模拟演示平台开发了一套地震救援指挥中心进行现场调度的动态演示系统，该设计融合了无线通信技术，传感器技术，单片机技术及机器人技术。该平台可以完整的模拟出地震发生后，指挥中心向灾区派遣应急车并进行现场伤员搜救、抢修断桥、运输救灾物资的整个过程。

1 系统的总体设计

本设计系统结构框图如图1 所示，应急车上装有循迹传感器，避障传感器，无线通信模块用来感知地震现场的地形环境。在应急车1 顺利通过地震区后，应急车上控制器通过无线模块把路况信息发送到网络控制中心，网络控制中心将信息显示在液晶显示屏上。在控制中心可通过按键控制应急车1 的下一步动作，也可以给搭桥工程车和应急车2 发送命令。在应急车1 发来断桥警告请求搭桥后，应急车1 自动退后一段距离，控制中心将搭桥信息发给搭桥工程车，搭桥工程车运行到指定断桥处将临时桥梁搭建好，再将完成信号发给控制中心，控制在中心命令应急车1 通过桥梁，此时说明路面通畅，应急车2 将启动跟随应急车1 通过模拟地震区。

图1 系统结构图

2 系统的硬件设计

该系统的硬件部分主要由控制器电路、按键电路、电机驱动电路、无线通信电路、液晶显示电路、循迹避障传感器电路等组成。按键电路主要用来控制发回操作信号的确定；液晶显示屏电路主要用来显示回传的路况信息及各个车辆的运行状况，无线通信电路主要用来进行信息传输；控制器电路主要用来对应急车和搭桥工程车的运动轨迹作出精确控制、处理各传感器的信息收集及液晶显示屏的显示信息；电机控制电路为车辆的运动机械结构提供动力控制。

单片机的控制电路用来处理所有外部采集信息后的控制输出，它利用一个定时器产生PWM 信号输出作为电机驱动信号，利用另一个定时器产生20ms 时钟信号，通过占空比0 到2ms 的PWM 信号作为舵机控制的驱动信号。循迹传感器将采集到的路况信息传到处理器，处理器将根据获取的路况信息确定应急车运行轨迹。避障传感器用来探测断桥信息，通过无线网络将该信息发送给控制中心，再由控制中心调度架桥工程车派出并执行架桥任务。

无线通信电路是将网络控制中心发出的运行控制信号发给应急车或搭桥车，并将它们采集到的路况信息发回到网络控制中心并通过液晶屏幕进行显示。通过无线模块实现控制中心，搭桥工程车，应急车1 和2 的星形网络的建立。

3 系统的软件设计

软件设计中采用模块化的设计思路，整个模拟系统由调度模块、运动控制模块、PWM 输出控制信号模块、无线通信模块和液晶显示模块等组成。地震模拟系统软件设计的结构图如图2 所示。

图2 系统软件设计的结构图

4 实验应用

通过模型搭建，模拟出地震之后房屋垮塌、路面塌陷的现场。本系统由控制中心、应急车、搭桥工程车三个主要硬件部分组成，整个系统中的每个单元是通过无线通信网络进行信息传递。

在地震发生后，控制中心第一时间派出应急车进入灾区，进行伤员搜救和运送救灾物资工作。另一方面，对灾区情报进行收集，并将收集到的信息及时传送回控制中心，为下一步灾区救援工作提供宝贵信息。应急车行驶过程中能够自动绕行房屋倒塌区，按照自动循迹的方式前行，并且实时保持与控制中心的信息交互处理，当发现前面大桥坍塌而导致车辆无法通行时，先控制中心发送求助信号；控制中心收到信号后，迅速派出工程车进行架桥工作，保证“生命通道”畅通无阻。