基于机器人的石化监测系统的设计与实现

马俊辉,王晓虹,苏春丽

（辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院,辽宁抚顺,113001)

0 引言

油罐是石化企业中最常见的储存设备，由于压力的作用以及雨水和油品的侵蚀，罐壁可能产生凹坑、裂纹、内部孔洞等缺陷，这些缺陷不仅会造成油品泄漏，甚至可能引起火灾，因此必须定期进行检测。目前，对油罐的检测均由人工实现，需搭建脚手架，效率很低且危险性高。随着石化工业的迅速发展，企业对检测技术的要求也越来越高，研究自动化检测设备势在必行。

基于机器人的石化监测系统很好地解决了这一问题，与常规的无损检测设备相比，该系统引入了多传感器系统的智能机器人，在检测灵活性和可靠性上有不可比拟的优势。而且，系统检测的数据的准确性非常高。经过现场实验表明，该系统智能化程度高，运动稳定可靠，大大提高了油罐检测的效率。

1 基于机器人的石化监测系统的总体架构

基于机器人的石化监测系统通过机器人的灵活移动来监测现场的重要监测数据，并通过传感器进行数据采集。采集到的数据通过网络传输到数据处理系统，进行实时分析处理，将实时和预测数据及相关预警反馈到相应的控制平台，以便及时处理。系统可以通过本地监控和客户端监控来控制及查看系统的信息。系统总体架构图如图1 所示。

系统功能结构由服务器端和客户端两部分组成。服务器端负责视频采集、视频处理、机器人控制、传感器控制、通信服务等功能。客户端为用户提供远程视频监控服务，进一步扩展了视频监控的使用范围。客户端负责视频播放、图片处理、手持设备控制等功能。系统功能结构如图2 所示。

图2 系统功能结构图

2 基于机器人的石化监测系统的关键技术

2.1 机器人控制模块

机器人控制模块的硬件采用双Ha 桥直流电机控制机器人的动作。动作的控制由直流电机的开关控制、电机转向控制、电机转速控制组合起来的完成。通过PWD 的调速来控制机器人的左转、右转、后退、前进、转弯等动作。

2.2 手持设备控制模块

移动监控终端是一个手持设备，采用无线通信。利用 Android 技术开发，移动终端可直接控制服务器端进行监控，控制机器人的运行，进行图像采集，控制摄像头的角度等功能。Android 平台的使用为本系统的一大亮点，而且手持设备可独立使用，这样使系统的可操作性更灵活。

2.3 传感器控制模块

系统安装了各种传感器（如温湿度传感器、气体传感器、红外传感器、烟雾传感器等）来采集相应的数据作为监测被控对象的重要指标。如温湿度传感器通过IIC 总线与MCU 相连，采取GPIO静态驱动方式，全量程校准，全静态时序控制，测量结果精确。烟雾传感器使用MCU 的外部中断，在驱动需要预热，当检测到有危险气体的，触发外部中断，开始报警。

2.4 视频采集处理模块

视频采集处理模块采用Video4Linux 作为摄像头的编程接口。Video4Linux 能够提供无线电通信和文字电视广播解码和垂直消隐的数据接口。摄像头安装在云台上，通过程序可控制摄像头的位置，进而控制摄像的角度，采集到不同角度的图片。根据Video4Linux 标准接口编程，再对采集的图像进行阀值比较，判断图像是否变化，从而决定是否需要存入图像缓冲区。

为了进一步提高视频数据的传输速度和实时性，采集视频时利用视频设备的双缓冲达到边传输边采集的效果。同时设计一个内存缓冲池，视频采集图像经过JPEG 压缩后将数据保存到缓冲池中，视频传输的数据从该缓冲中获取。

2.5 无线通信模块

本系统中的无限传输采用的是Wi-Fi 技术。相比于其他无线通信技术，Wi-Fi 的覆盖半径则可达300 英尺左右约合100 米，其覆盖范围比较广。数Wi-Fi 据传输速度快，可以达到11mbps。这些都很适用于本系统，特别是在报警的时候，可以及时将相关的重要数据传回到中控端和移动终端。

3 结束语

本文研究设计了基于机器人的石化监测系统。系统采用S3C2410 为核心的嵌入式硬件平台来控制机器人运行，通过网络摄像头进行数据采集，摄像头利用云台来实现多角度、全方位的数据采集，从而使机器人的移动控制更加灵活。尤其是人工不易到达的区域，系统准确性高，适用性强。该系统可广泛应用于石油、煤气、化工、水利、锅炉等行业的管内无损伤监测，从而可以对管道进行相关性能的评估，对综合利用管道，预防各类危险事故的发生等具有极其重要的作用。

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