智能小車在醫(yī)療垃圾搬運(yùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

李野，張晶

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾，161000）

0 引言

隨著智能化技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)院的診療及相關(guān)工作開展的過程中都要使用智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)效率的提升，減少人工和資源的消耗。智能醫(yī)療垃圾運(yùn)輸車主要利用光電技術(shù)，采用C51單片機(jī)作為主控器，L293D作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，同時(shí)采用紅外裝置實(shí)現(xiàn)無人駕駛車輛的尋跡、避障、站點(diǎn)檢測(cè)等功能，保證車輛可以在規(guī)定的軌道上行駛，自動(dòng)識(shí)別路上的障礙自動(dòng)躲避，識(shí)別信號(hào)燈自動(dòng)停車和啟動(dòng)，行駛到固定垃圾站回收地點(diǎn)停車，自動(dòng)打開車門實(shí)現(xiàn)醫(yī)療垃圾卸載。智能化小車的運(yùn)用有助于提升醫(yī)療垃圾的搬運(yùn)及處理效率。

1 研究背景

上世紀(jì)，80年代末期，我國(guó)開始了對(duì)于智能搬運(yùn)車的研究，經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，取得了一些成果。1992年，我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)首次研發(fā)并制作出了無人駕駛的汽車，后來清華大學(xué)研制開發(fā)出了清華V型智能汽車，在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是科技含量最高的無人駕駛汽車，可以在復(fù)雜路況下行駛。西安交通大學(xué)研發(fā)了Spingrobot智能試驗(yàn)平臺(tái)，甘肅敦煌舉辦的“新絲綢之路”活動(dòng)中參與了表演。同濟(jì)大學(xué)研制了無人駕駛清潔能源電動(dòng)游覽車，時(shí)速可達(dá)到50km。

我國(guó)各大高校開始陸續(xù)對(duì)智能汽車進(jìn)行研究，清華大學(xué)率先建立了汽車研究所，對(duì)智能汽車的一些模塊和系統(tǒng)進(jìn)行研究，例如汽車導(dǎo)航、車載微機(jī)、智能避障等領(lǐng)域進(jìn)行研究。吉林工業(yè)大學(xué)研究智能小車起步較早，成功研制出了可識(shí)別圖像的智能引導(dǎo)小車，在我國(guó)是比較具有代表性的。

國(guó)防科技大學(xué)聯(lián)合中國(guó)一汽集團(tuán)研制成功 CITAVT型自主導(dǎo)航車，截至目前，該團(tuán)隊(duì)研究智能導(dǎo)航車已經(jīng)發(fā)展到第4代，車輛行駛性能良好，可以高速行駛，具備超車技能，智能車道路行駛車速最高達(dá)75km/h，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。關(guān)于人工智能的研究，我國(guó)近些年從未停止過，沈陽新松機(jī)器人開發(fā)的新型機(jī)器人具有多種功能，例如教育、娛樂等功能，可自動(dòng)行走，可以躲避障礙物，接收語音并進(jìn)行識(shí)別，做出指令和反饋，可以連接網(wǎng)絡(luò)下載一些數(shù)據(jù)和信息等。

隨著計(jì)算機(jī)和智能技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于智能車輛的研究呈現(xiàn)出突出的特點(diǎn)，首先智能車的硬件結(jié)構(gòu)主要采用通用芯片，其次，智能車輛控制系統(tǒng)依靠網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳遞，依靠信號(hào)控制車輛運(yùn)行，信息傳輸速度較快。智能車輛研發(fā)出來，有關(guān)企業(yè)開展了智能小車比賽，例如飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助舉辦的“飛思卡爾”智能車競(jìng)賽。

2 智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車主體結(jié)構(gòu)

2.1 智能車底盤光

電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的底盤采用金屬底盤，堅(jiān)固且穩(wěn)定，使光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的穩(wěn)固性能大大提高。

2.2 四輪驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)方式不僅要求提供光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車的動(dòng)能并且保證公交車的平穩(wěn)。采用四輪驅(qū)動(dòng)，使全部重量作附著壓力使附著力顯著增加，減少輪胎磨損。

2.3 紅外接收裝置

紅外線接收裝置用于識(shí)別站點(diǎn)，測(cè)量站點(diǎn)的頻率。采用51單片機(jī)，接收管和發(fā)射管。具有體積小、功耗低、功率強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)。

2.4 尋跡裝置

尋跡裝置以單片機(jī)控制為核心，紅外傳感器，電機(jī)等設(shè)備進(jìn)行尋跡控制。操作安裝簡(jiǎn)單快捷，性能高效。

2.5 避障設(shè)備

避障設(shè)備用于躲避路途中的障礙。決定采用紅外線避障系統(tǒng)，反應(yīng)速度快，十分敏捷，把紅外線避障系統(tǒng)安裝在車頭，提高靈敏性。

2.6 紅綠燈識(shí)別裝置

紅綠燈識(shí)別裝置用于識(shí)別路途中的紅綠燈，紅燈停車，綠燈行駛。識(shí)別裝置包括有信號(hào)接收器、信號(hào)識(shí)別器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器等?？梢跃珳?zhǔn)識(shí)別路途上的信號(hào)，及時(shí)停車和啟動(dòng)。

3 智能醫(yī)療垃圾運(yùn)輸車模塊分析

3.1 主控板

主控板小巧輕便，操作簡(jiǎn)單，易于寫入和修改程序，主要采用51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，造價(jià)較低，有助于控制成本。擁有4k字節(jié)FLASH閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式體制CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器體制工作并禁止其他所有不見工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。

3.2 站點(diǎn)檢測(cè)模塊

站點(diǎn)采用紅外線發(fā)射裝置發(fā)射信號(hào)，所以站點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備采用紅外線接收裝置。當(dāng)通過發(fā)射紅外線并檢測(cè)紅外線有無被反射來確定前方是否存在站點(diǎn)，檢測(cè)到站點(diǎn)，則停車下客；反之繼續(xù)前行。

3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

對(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片選擇，選擇專業(yè)芯片L293D作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L293D是著名的SGS公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路，高電壓高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。L293D可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。通過單片機(jī)的I/0輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，有效控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

3.4 避障檢測(cè)模塊

紅外測(cè)距速度快、便宜、安全，且容易制作。汽車上具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)紅外信號(hào)的檢測(cè)方向遇到障礙物時(shí)，紅外信號(hào)反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理之后，通過數(shù)字傳感器接口返回，可利用紅外的返回信號(hào)來識(shí)別周圍環(huán)境的變化。由于是光檢測(cè)距離，其反應(yīng)速度比超聲波傳感器要快，紅外測(cè)距速度快精度高。

3.5 尋跡模塊

利用集成型紅外對(duì)管作為尋跡單元的傳感器，其中紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收，采用紅外線發(fā)射，外面可見光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，再采用射極輸出器對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離。

紅外傳感器尋線的基本原理是利用物體的反射性質(zhì)，目的是讓小車尋黑線行駛，當(dāng)紅外線發(fā)射到黑線上時(shí)會(huì)被黑線吸收掉，發(fā)射到其他的顏色的材料上會(huì)有反射到紅外的接受管上。其中中間兩路巡線是一直在黑線上，小車會(huì)直行，當(dāng)任意一個(gè)出來，則小車會(huì)自動(dòng)糾正，如果最外面的檢測(cè)到黑線，則小車以更大速度糾正到正確黑線上面。

3.6 車輛控制模塊

采用STC89C52型號(hào)單片機(jī)作為該智能小車主控制器。STC89C52單片機(jī)是個(gè)超低功耗，和標(biāo)準(zhǔn)51系列單片機(jī)相比較具有運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng)，支持ISP在線編程，片內(nèi)含8k空問的可反復(fù)擦寫1000次的只讀存儲(chǔ)器，具有256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O接口，3個(gè)16位可編程程序定時(shí)計(jì)數(shù)器。其指令和系統(tǒng)的8051系列單片機(jī)指令系統(tǒng)兼容，降低了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)難度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)。

3.7 卸貨裝置

用鋼球模擬醫(yī)療垃圾，在垃圾搬運(yùn)車上安裝一根管子并放上鋼球，當(dāng)收到信號(hào)時(shí)，運(yùn)用舵機(jī)卸下指定的鋼球。該裝置可以隨時(shí)調(diào)整卸下鋼球的數(shù)量、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小。

3.8 人機(jī)接口

采用是機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開，閉合時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上就能穩(wěn)定的接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子徹底斷開，而是在閉合和斷開時(shí)會(huì)伴隨著一連串的抖動(dòng)。

3.9 電源選擇

能源選擇關(guān)系到公交車的續(xù)航問題、動(dòng)力問題，對(duì)于整個(gè)小車的制作至關(guān)重要。鋰電池所占的市場(chǎng)份額超過了90%，已經(jīng)成為了默認(rèn)的電池。鋰電池電壓平臺(tái)高：?jiǎn)误w電池的平均電壓為3.7V或3.2V，約等于3只鎳鎘電池或鎳氫電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組消極的一方面是，鋰離子電池很容易燃燒，因此，大多數(shù)鋰離子電池都帶有防短路的保護(hù)電路，還有防爆線。鋰電池價(jià)格便宜，性能較高，鋰電池使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)到6年以上，綠色環(huán)保，對(duì)環(huán)境沒有危害。并且具備高功率承受力。

4 醫(yī)院智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車發(fā)展前景

光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車隸屬于智能小車范圍，隸屬于AGV移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，智能小車作為現(xiàn)代新發(fā)明，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。智能小車能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車，遠(yuǎn)程傳輸圖像等功能。

中央印發(fā)的《智能小車行業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確要求到2020年智能小車行業(yè)將增加30%，各地方出臺(tái)了地方政策，提高行業(yè)的滲透率。2019年智能小車行業(yè)成為政策紅利的市場(chǎng)，國(guó)務(wù)院政府報(bào)告指出智能小車將會(huì)有利于提高民眾生活質(zhì)量。

近兩年，隨著AGV小車技術(shù)的不斷成熟，其應(yīng)用場(chǎng)景也在不斷擴(kuò)大，除傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域及近年來大熱的電商行業(yè)以外，一些新興的市場(chǎng)例如醫(yī)療、巡檢、停車等行業(yè)也在逐步擴(kuò)大應(yīng)用，不過目前整體新興行業(yè)整體來說還處于一個(gè)市場(chǎng)培育期，對(duì)于AGV智能小車廠商而言，這個(gè)時(shí)期除了培養(yǎng)用戶的認(rèn)知以外，還需要不斷提升產(chǎn)品的實(shí)用性。

5 結(jié)語

光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車采用新能源形式，環(huán)保健康，符合現(xiàn)代能源要求，符合醫(yī)院搬運(yùn)及處理醫(yī)療垃圾的去修。光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車應(yīng)用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)，可以避免了人為二次接觸，保護(hù)了一線醫(yī)療人員，避免醫(yī)療垃圾導(dǎo)致的院內(nèi)感染問題。智能小車行業(yè)目前較為火熱，行業(yè)的發(fā)展長(zhǎng)期性較好，將光電智能醫(yī)療垃圾搬運(yùn)車應(yīng)用于醫(yī)院中，可以降低成本，減輕工作人員壓力，有助于實(shí)現(xiàn)資源有效利用。