择要：管道内窥系统是地下管线探测设备发展的主要方向，本文提出一种管道内窥系统的设计方案，详细先容了各部分的设计思路和事情事理。首先在机器设计等分析了系统受力情形，根据受力打算结果选择了电机。然后在电路部分针对所选电机设计驱动电路，并且设计了直流载波通讯和视频传输等电路。末了在软件设计部分，对不同模块进行功能划分，给出了软件构造图。
关键词：管道内窥系统；机器设计；直流载波；视频传输；软件设计
弁言
地下管线作为城市根本举动步伐主要组成部分，紧张承担着通信、供电、供水、能源供给等主要职能，是城市的“生命线”。随着城市化进程的不断加快，地下管线的规模也不断增加，有限的地下空间中，交错分布着各种的管线，为其日常的管理和掩护事情带来了巨大的寻衅。近年来，我国发生了很多由地下管线引起的安全事件，给人们的财产和安全带来了巨大的威胁。目前，海内市场上也有很多类型的地下管线探测设备，按其利用特点可分为参与式探测设备和外置式探测设备。这些设备只能探测地下管线的位置，无法知足实时查扼守道内部画面的需求。由于西方国家工业发展水平较高，管道内窥设备发展较早，早在2000年旁边德国和澳大利亚就已经有基于CCTV的管内检测系统[1]，该检测系统可以在管道中运行，并且拍摄管内画面。海内管道内窥设备发展较晚，市场上还没有特殊成熟的产品，而且价格都比较高，大大提高了施工本钱，不利于工程运用。综合国外内窥设备的特点，立足海内施工需求，本文提出设计的管道内窥系统具有大略、高效、本钱低等优点。（国内外的研究现状论述不足）（引用不足）
1、管道内窥系统的整体设计思路
本文提出的管道内窥系统。其功能框图如下：
硬件事理图
2、管道内窥系统的设计方案
在管道内窥系统的整体设计思路中，我们将该系统紧张设计内容划分为机器、硬件电路和软件三部分。接下来分别先容各部分的紧张设计内容：
（1）机器设计
合理的机器设计是系统高效、平稳运行的根本，本设计采取行走快速、掌握大略的轮式机器人作为系统载体。机器人的尺寸很大程度上受到电机尺寸的制约，一样平常情形下，电机输着力矩越大其尺寸也会越大。为了设计出更加合理机器，首先要剖析系统的受力情形，然后根据受力剖析结果选择符合哀求的电机。其余内窥系统在管道中运行时，防尘防水也是其正常事情的担保。
（2）硬件电路设计
① 电机驱动模块：
在本文设计的管道内窥系统中，电机选用两个24V两相稠浊式的山社步进电机，步进电机比直流电机有更大的扭矩，在断电时有锁紧功能，并且可以在DSP程序中方便地进行电机调速。步进电机驱动芯片选用THB6064AH两相稠浊式步进电机专用驱动芯片，该芯片最大输出电流4.5A，最高驱动电压42V，具有8个细分档，4个衰减档，内置温度保护及过流保护，知足该内窥系统步进电机的需求。其余，该驱动芯片外围电路大略，通过掌握两个旗子暗记（旗子暗记CW/CCW设置电机正反转，旗子暗记CLK设置脉冲）就可以驱动电机。
电机驱动电路
该电机驱动芯片有4种电流衰减办法，通过掌握引脚OSC1与地之间的外接电阻值（推举值51KΩ）和DCY1、DCY2的电平选择不同的衰减办法，担保电机运行在平稳、低噪声的状态；为了抑制感应毛刺电压对芯片的破坏，在输出端（OUT1A、OUT2A、OUT1B、OUT2B）与地之间接入电阻，使得VM/RX的值在5mA旁边，电阻封装推举0805以上。根据设计履历当输出电流大于3A时，须要利用续流二极管（推举肖基特二极管）以降落芯片功耗，电流过大时，会对电路掌握旗子暗记产生滋扰，本设计中利用光耦隔离的方法将掌握旗子暗记进行隔离，CLK脉冲旗子暗记及CW/CCW正反转旗子暗记利用HCPL-2530芯片隔离 ，别的旗子暗记利用TLP281-4芯片隔离。
光耦隔离电路
② DSP+CPLD核心掌握模块设计
本设计的核心掌握模块利用TI公司的TMS320F28335芯片，该DSP是由C2000系列发展而来，可以进行32位的高精度浮点运算，具有ePWM（增强型脉宽调制模块）、eQEP（增强型正交编码脉冲模块）等，适宜运用在电机掌握领域。其余，芯片还集成通用I/O、SPI、SCI等资源，增加了芯片利用的灵巧性[2]。
CPLD赞助DSP时，一样平常有两种功能，一种是用于扩展，如外部接口或者存储空间的扩展等；另一种是作为协处理器利用，如片选、复位、时序或AD采集等。本设计中利用Xilinx公司的xc9572xl系列的CPLD芯片，作为协掌握器掌握电机的使能、正反转和复位等，该芯片通过4线JTAG标准协议在线编程，内部集成72个宏单元，可以反复擦写多大1万次，I/O口兼容5V和3.3V电平。
③ 通信模块设计
本设计中采取直流载波技能进行高下位机之间的通信。直流载波电路紧张由网络接口掌握器P485、功率放大器P111、滤波电路、放大电路和线性耦合电路组成。
个中P485芯片紧张实现的是扩频通信，所谓扩频通信即将待传送的基带旗子暗记用扩频序列发生器产生的伪随机编码做扩频调制，实现频谱扩展后，形成相称带宽的低功率谱密度旗子暗记再传输，吸收端采取同样的伪随机码通过干系处理规复成窄带后再解调数据，规复出原始信息。
④ 视频传输模块
视频传输模块是该内窥系统的“眼睛”，通过CCD相机拍摄的管道内部实时画面，经双绞线，上传到上位机。在双绞线上发送端增加无源模块，吸收端增加有源模块，这样可以使视频传输间隔达到900m，并且画质较好。双绞线推举超五类线且哀求承受一定的拉力。
（3）软件设计
本设计中软件包括嵌入式软件和上位机软件，嵌入式紧张包含DSP程序、CPLD程序，上位机软件紧张是发送掌握命令，查扼守道实时画面以及机器人状态等。高下位机之间的通讯利用直流载波通讯技能，而视频传输通过双绞线模块进行
软件构造图
3、总结
本文大略先容了地下管线内窥系统的发展情形，对国内外的发展现状有了初步的认识。考虑到海内施工哀求大略、实用和本钱低等特点提出了一整套管道内窥系统设计方案，在方案中详细先容了各模块的功能和实现过程。目前，海内地下管线探测领域正在发展壮大，管道内窥系统作为地下管线探测设备发展的主要方向，其发展前景不可估量。管道内窥系统是一个集成了机器设计、电子电路、自动掌握和打算机编程等综合学科知识在专业领域中的运用，本文提出的设计方案也为其发展供应一定的参考代价。
