王樂 劉滿祿 杜敏 陶波

摘 要：文章針對微型拋擲式應急偵察機器人設計一種基于MSP430單片機的無線控制系統(tǒng)和一種基于嵌入式PC/104plus總線結構的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過分析微型機器人無線控制系統(tǒng)原理，從控制命令無線發(fā)射和微型機器人控制兩個部分實現(xiàn)無線控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計。采取半自主控制方式，分析微型機器人監(jiān)控功能，從六大模塊實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設計。

關鍵詞：微型拋擲式應急偵察機器人；無線控制；監(jiān)控系統(tǒng)

引言

微型拋擲式應急偵察機器人已逐漸成為微型機器人領域中的研究熱點。通過拋投、布撒等形式，微型拋擲式應急偵察機器人可以快速靠近目標進行作業(yè)，與便攜式移動機器人系統(tǒng)構成子母系統(tǒng)，對于軍事以及公共安全領域中涉及的異常處置等工程問題，可以靈活、高效地應對，具有很好的應用前景。

1 微型拋擲式應急偵察機器人的無線控制

1.1 無線控制系統(tǒng)原理

微型機器人無線控制系統(tǒng)包含控制命令無線發(fā)射和微型機器人控制兩個部分，其系統(tǒng)原理框圖如圖1。據(jù)此，微型拋投式應急偵察機器人的控制命令無線發(fā)射部分主要是在PC工作站串口下，發(fā)送控制機器人的指令，比如進行方向改變、加減速等。其控制部分則通過接收發(fā)送的控制指令對步進電機的通電脈沖邏輯和頻率進行調整，從而完成該微型偵察機器人的運動控制。

圖1

1.2 無線控制系統(tǒng)硬件設計

文章選取MSP430F2234單片機進行微型拋擲式應急偵察機器人的無線控制系統(tǒng)硬件設計，無線控制命令發(fā)射部分主要通過PC機工作站的串口以及該單片機的通用串行通信模塊來發(fā)出控制指令。其中單片機需要經(jīng)過電平轉換電路才能和PC機工作站串口連接。硬件電路通過采用232芯片，達到3～5V電平的雙向轉換的要求。

微型拋擲式應急偵察機器人控制電路硬件主要由以下模塊組成：單片機控制器模塊、無線接收模塊以及步進電機驅動模塊等。微型拋擲式偵察機器人控制電路主要的功能就是通過接收到的控制指令調整步進電機的通電脈沖邏輯和頻率，從而改變步進電機的轉向以及轉速，從而實現(xiàn)加速、減速、前進、后退等運動控制。

1.3 無線控制系統(tǒng)軟件設計

與硬件設計類似，微型拋擲式偵察機器人無線控制系統(tǒng)軟件設計包含無線控制指令發(fā)射軟件設計和微型機器人控制軟件設計。其中無線控制指令發(fā)射的軟件設計主要指通過軟件設計實現(xiàn)PC工作站以及MSP430F22x4單片機串口之間的通訊以及發(fā)送控制指令。而微型機器人控制的軟件設計是指通過軟件設計實現(xiàn)無線收發(fā)模塊接收發(fā)射的控制指令以及實現(xiàn)單片機對步進電機轉向以及轉速的控制。本系統(tǒng)的軟件設計采用模塊化編程，不僅有利于編程的實現(xiàn)，還有利于軟件功能得繼續(xù)擴展。

2 微型拋擲式應急偵察機器人監(jiān)控系統(tǒng)設計

2.1 功能設計

現(xiàn)如今，微型機器人的監(jiān)控系統(tǒng)設計方式包含有全自主控制以及半自主控制方式，文章采取后者進行微型拋擲式應急偵察機器人監(jiān)控系統(tǒng)設計。為滿足使用者對其便攜性、靈活性、嵌進性的要求，文章設計了微型拋擲式應急偵察機器人的手持監(jiān)控系統(tǒng)。

在微型拋擲式應急偵察機器人的作業(yè)中，手持監(jiān)控系統(tǒng)可以在全局上起到監(jiān)測以及便于控制的作用。文章將微型拋擲式應急偵察機器人的手持監(jiān)控系統(tǒng)分為以下六大功能模塊：狀態(tài)信息監(jiān)測模塊、作業(yè)視圖監(jiān)視模塊、無線通信模塊、遠程控制模塊、數(shù)字地圖交互模塊以及路徑規(guī)劃模塊。

在該手持監(jiān)控系統(tǒng)中，狀態(tài)信息監(jiān)測模塊主要對微型拋擲式偵察機器人的作業(yè)狀態(tài)信息進行監(jiān)測；作業(yè)視圖監(jiān)視模塊主要對微型拋擲式偵察機器人的作業(yè)環(huán)境進行視頻監(jiān)視；無線通信模塊主要實現(xiàn)微型拋擲式偵察機器人作業(yè)中的狀態(tài)信息、運動調整、視頻信號等數(shù)據(jù)進行無線傳輸；遠程控制模塊主要對機器人作業(yè)時的運動指令進行編碼和發(fā)送；數(shù)字地圖交互模塊主要對機器人作業(yè)的地理環(huán)境信息進行數(shù)字化顯示，并且實現(xiàn)人機交互；路徑規(guī)劃模塊主要對機器人作業(yè)的路徑進行點對點的最優(yōu)化搜索。

2.2 硬件系統(tǒng)

文章基于嵌進式系統(tǒng)的PCI總線，采用其PC/104plus總線結構，對微型拋擲式偵察機器人的手持監(jiān)控系統(tǒng)進行硬件設計，該系統(tǒng)的硬件結構主要包括圖像采集模塊、無線通信模塊、遠程控制器模塊、中心處理模塊以及液晶顯示模塊。在這五大模塊中，無線通信模塊還包含無線視頻傳輸模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。其中無線視頻傳輸模塊主要進行寬帶數(shù)據(jù)（比如微型拋擲式偵察機器人的作業(yè)視圖信號）的無線傳輸；而無線數(shù)據(jù)傳輸模塊主要進行微型拋擲式偵察機器人作業(yè)時的窄帶數(shù)據(jù)（比如運動指令以及狀態(tài)信息等）的無線傳輸。

在文章設計的手持監(jiān)控系統(tǒng)中，可以通過接口對硬件系統(tǒng)各個模塊進行交換信息和共享數(shù)據(jù)等操作：（1）通過嵌進式圖像采集模塊與PC/104plus總線的接口，中心處理模塊可以進行各模塊之間作業(yè)視圖數(shù)據(jù)的傳輸；（2）通過串口，中心處理模塊與遠程控制器模塊以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊能夠連接起來；（3）通過TTL接口，中央處理模塊可以和液晶顯示模塊連接起來；（4）通過RCA接口，無線視頻傳輸模塊和嵌進式圖像采集模塊之間能夠進行傳輸復合視頻信號的操作。

2.3 軟件系統(tǒng)

文章選用WinCE作為嵌進式操作系統(tǒng)平臺，進行微型拋擲式偵察機器人手持監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計。該系統(tǒng)的軟件設計主要包括定制操作系統(tǒng)、開發(fā)設備驅動程序以及應用程序等步驟。而其中應用程序的開發(fā)主要是指串口通信、鍵盤掃描、數(shù)字地圖交互、視頻處理、以及路徑規(guī)劃這五大模塊的開發(fā)。

3 結束語

文章針對微型拋擲式應急偵察機器人設計一種基于MSP430F2

234單片機的無線控制系統(tǒng)和一種基于嵌入式PC/104plus總線結構的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，具有很好的工程實際應用意義。

參考文獻

[1]高章飛，朱善安.基于MSP430和nRF905的多點無線通訊模塊[J].電子器件，2006，29（1）：264-267.

[2]傅曦，齊宇.嵌入式系統(tǒng)Windows CE開發(fā)技巧與實例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[3]程寅，張為公，趙馬泉，等.基于C8051F040的模型車無線控制系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2009（17）.

作者簡介：王樂（1994，4-），漢族，四川達州人士，西南科技大學信息工程專業(yè)2012級本科。

劉滿祿（1981，9-），西南科技大學信息工程學院老師，博士，研究領域：機器人技術。

杜敏（1994，3-），西南科技大學信息工程專業(yè)2012級本科。

陶波（1993，3-），西南科技大學信息工程專業(yè)2012級本科。