李志沈陽工學院

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基于ZigBee技術(shù)控制機器人運動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

李志
沈陽工學院

本文基于ZigBee技術(shù)設(shè)計了機器人運動及視頻監(jiān)視系統(tǒng)，PC機做上位機，控制機器人的單片機為下位機，采用多個Zigbee DTK模塊構(gòu)成中繼網(wǎng)絡(luò)解決機器人控制信號的盲區(qū)問題，視頻監(jiān)控采用1.3GHz無線視頻模塊，用網(wǎng)絡(luò)攝像頭和WiFi、3G技術(shù)作為機器人圖像監(jiān)控的備份信道。

機器人 ZigBee技術(shù) 視頻傳輸

1　系統(tǒng)整體設(shè)計

本系統(tǒng)硬件分為上位機和下位機2個部分，共有四個功能模塊，監(jiān)控中心的PC上位機模塊，下位機系統(tǒng)模塊，視頻監(jiān)控和DTK模塊。上位機通過Zigbee模塊發(fā)送控制機器人的運動指令，下位機控制機器人運動并將傳感器采集的信息通過Zigbee模塊傳送給上位機，下位機上的視頻采集模塊把機器人周圍的環(huán)境信息通過視頻信道傳送給上位機，系統(tǒng)整體功能模塊如下圖所示。

圖1　基于ZigBee技術(shù)無線控制機器人運動監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊圖

2　上位機系統(tǒng)

上位機在PC機Windows平臺上用VB語言設(shè)計控制界面，用視頻采集卡接收下位機發(fā)送的視頻信號，在嵌入視頻監(jiān)控圖像的上位機編寫下位機（機器人）運動功能鍵程序，從而實現(xiàn)用功能鍵對機器人的運動控制。

3　下位機系統(tǒng)

下位機是控制機器人運動的核心，機器人上還安裝了無線視頻、ZigBee模塊。下位機（單片機）編寫控制程序和與上位機的通信程序，上位機和下位機之間通過DTK模塊傳輸ASCII碼控制信息，在上位機上通過機器人的視頻模塊觀察到小車機器人周圍環(huán)境，根據(jù)觀察情況給下位單片機發(fā)送機器人運動指令。

4　ZigBee模塊

ZigBee是一種無線自組網(wǎng)通信技術(shù)，本系統(tǒng)采用的DTK模塊工作在2.4GHz段上，具有最高250kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi)，但可以根據(jù)Zigbee模塊自組網(wǎng)中繼延長通信距離。ZigBee采用了基于循環(huán)冗余校驗（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，應(yīng)用上可以靈活配置DTK模塊參數(shù)。機器人一旦收到的控制信息減弱，就可以隨時放下一個DTK模塊作為中繼器來使用，通過設(shè)立ZigBee中繼模塊來提高其傳輸?shù)木嚯x，在有障礙物的情況下，控制信號傳輸距離可達2百米以上，從而擴大了機器人的運動范圍。

5　運動控制部分

控制機器人運動下位機連接了一個電機驅(qū)動模塊，分別控制四個電機，四個電機又是兩兩同向，考慮到布局和操作的方便性，只用了一個驅(qū)動電機模塊，用于控制左側(cè)兩個電機和右側(cè)兩個電機，沒有對四個電機單獨進行控制。前進和后退時，左右兩側(cè)的電機同向而行。向左拐彎時，左側(cè)電機需要向后轉(zhuǎn)動，右側(cè)電機需向前轉(zhuǎn)動；向右拐彎時，左右兩側(cè)電機需互換轉(zhuǎn)動方向。

6　視頻監(jiān)控模塊

本系統(tǒng)的視頻監(jiān)控模塊采用了雙攝像頭、雙備份信道的技術(shù)來保證監(jiān)控視頻無死角，一個攝像頭為機器人無線視頻傳輸模塊提供圖像采集，支持短距離無線傳輸，另一個攝像頭是網(wǎng)絡(luò)攝像頭，支持WiFi技術(shù)和公網(wǎng)的3G技術(shù)。

一般情況下以無線視頻采集傳輸模塊傳輸?shù)囊曨l信號作為監(jiān)控信號，當這種方式受到距離限制或障礙物干擾的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)為由網(wǎng)絡(luò)攝像頭采集視頻信號并通過Wi Fi網(wǎng)絡(luò)傳給上位機，如果Wi Fi的信號也沒有，還可以通過插在網(wǎng)絡(luò)攝像頭服務(wù)器上3G上網(wǎng)卡通過3G網(wǎng)傳輸視頻信號，通過這樣視頻監(jiān)控的備用信道，提高了本系統(tǒng)的距離延展性。

7　系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)首先測試了用VB編寫的上位機的顯示視頻監(jiān)控畫面以及控制機器人下位機的功能鍵，上位機監(jiān)控畫面顯示正常，上位機通過界面上的功能鍵實現(xiàn)了對下位機的運動控制，在有障礙物遮擋的情況下，通過上位機的監(jiān)控視頻和功能鍵也能實現(xiàn)對機器人的運動控制。

機器人上ZigBee的DTK模塊的作為傳輸控制信息的通信設(shè)備，通過ZigBee網(wǎng)克服無線數(shù)據(jù)傳輸問題，實現(xiàn)PC上位機和機器人下位機數(shù)據(jù)采集與控制的雙工通信。

李志（1965年出生），男，遼寧省沈陽市人，教授，沈陽工學院信息與控制學院通信工程專業(yè)教研室主任。