微型拋擲式應急偵察機器人的無線控制及監控

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和一種基于嵌入式PC/104plus總線結構的視頻監控系統。通過分析微型機器人無線控制系統原理，從控制命令無線發射和微型機器人控制兩個部分實現無線控制系統的硬件和軟件設計。采取半自主控制方式，分析微型機器人監控功能，從六大模塊實現監控系統的設計。

關鍵詞：微型拋擲式應急偵察機器人；無線控制；監控系統

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，與便攜式移動機器人系統構成子母系統，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 無線控制系統原理

微型機器人無線控制系統包含控制命令無線發射和微型機器人控制兩個部分，其系統原理框圖如圖1。據此，微型拋投式應急偵察機器人的控制命令無線發射部分主要是在PC工作站串口下，發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硬件設計，無線控制命令發射部分主要通過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出控制指令。其中單片機需要經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，從而實現加速、減速、前進、后退等運動控制。

1.3 無線控制系統軟件設計

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

2 微型拋擲式應急偵察機器人監控系統設計

2.1 功能設計

現如今，微型機器人的監控系統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控系統設計。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控系統。

在微型拋擲式應急偵察機器人的作業中，手持監控系統可以在全局上起到監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控系統分為以下六大功能模塊：狀態信息監測模塊、作業視圖監視模塊、無線通信模塊、遠程控制模塊、數字地圖交互模塊以及路徑規劃模塊。

在該手持監控系統中，狀態信息監測模塊主要對微型拋擲式偵察機器人的作業狀態信息進行監測；作業視圖監視模塊主要對微型拋擲式偵察機器人的作業環境進行視頻監視；無線通信模塊主要實現微型拋擲式偵察機器人作業中的狀態信息、運動調整、視頻信號等數據進行無線傳輸；遠程控制模塊主要對機器人作業時的運動指令進行編碼和發送；數字地圖交互模塊主要對機器人作業的地理環境信息進行數字化顯示，并且實現人機交互；路徑規劃模塊主要對機器人作業的路徑進行點對點的最優化搜索。

2.2 硬件系統

文章基于嵌進式系統的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控系統進行硬件設計，該系統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據傳輸模塊。其中無線視頻傳輸模塊主要進行寬帶數據（比如微型拋擲式偵察機器人的作業視圖信號）的無線傳輸；而無線數據傳輸模塊主要進行微型拋擲式偵察機器人作業時的窄帶數據（比如運動指令以及狀態信息等）的無線傳輸。

在文章設計的手持監控系統中，可以通過接口對硬件系統各個模塊進行交換信息和共享數據等操作：（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視圖數據的傳輸；（2）通過串口，中心處理模塊與遠程控制器模塊以及無線數據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

文章選用WinCE作為嵌進式操作系統平臺，進行微型拋擲式偵察機器人手持監控系統的軟件設計。該系統的軟件設計主要包括定制操作系統、開發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主要是指串口通信、鍵盤掃描、數字地圖交互、視頻處理、以及路徑規劃這五大模塊的開發。

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和一種基于嵌入式PC/104plus總線結構的視頻監控系統，具有很好的工程實際應用意義。

參考文獻

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[3]程寅，張為公，趙馬泉，等.基于C8051F040的模型車無線控制系統的設計[J].現代電子技術，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2012級本科。

陶波（1993，3-），西南科技大學信息工程專業2012級本科。