基于ARM的智能探測機(jī)器人

王康欣　李健祥　鄭丹

（北方民族大學(xué)寧夏銀川750021）

基于ARM的智能探測機(jī)器人

王康欣李健祥鄭丹

（北方民族大學(xué)寧夏銀川750021）

本文實(shí)現(xiàn)了一款基于ARM（Cortex-M3）處理器的智能防火災(zāi)尋路機(jī)器人及相關(guān)的硬件軟件為一體的設(shè)計(jì)方案，通過在小車上集成各種傳感器，利用ARM高性能，可兼容性的特點(diǎn)。

ARM智能機(jī)器人傳感器

引言

生活中經(jīng)常會(huì)有意外事故發(fā)生，這些現(xiàn)場人們往往無法進(jìn)入，或者在不了解內(nèi)部的情況下進(jìn)入會(huì)有危險(xiǎn)，這些事故現(xiàn)場就成了最危險(xiǎn)的救援現(xiàn)場，很多救援工作人員為此受傷甚至喪生，而且救援行動(dòng)緩慢致使很多平民受害，鑒于救援的實(shí)時(shí)性和特殊性，我們研發(fā)了這款基于ARM的智能探測機(jī)器人。主要功能是：在事故救援現(xiàn)場參與救援，具體而言是由專業(yè)人員無線遙控控制，通過其上安裝的攝像頭拍攝現(xiàn)場畫面?zhèn)骰貙?shí)時(shí)畫面供救災(zāi)人員進(jìn)行分析，通過各種傳感器能夠檢測事故現(xiàn)場的溫度，濕度，氣體質(zhì)量以確認(rèn)是否符合救援人員生存環(huán)境，以避免由于不清楚狀況，貿(mào)然進(jìn)入而造成的不必要傷亡，以此幫助救災(zāi)人員進(jìn)行救災(zāi)，它與讓人來完成這件任務(wù)而言的好處在于能減少人員傷亡，成本低，行動(dòng)不容易受限，能提供更精確的實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，更精確化等等。［1］

本文實(shí)現(xiàn)了一款基于ARM（Cortex-M3）處理器的智能防火災(zāi)尋路機(jī)器人及相關(guān)的硬件軟件為一體的設(shè)計(jì)方案。通過在小車上集成各種傳感器，利用ARM高性能，可兼容性的特點(diǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)在特定的黑白軌道上自動(dòng)循跡，并且集成了各種傳感器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)將環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)，如溫度，濕度，視頻等信息通過藍(lán)牙模塊及無線wifi模塊傳輸回電腦進(jìn)行分析處理。［2］

一、總體設(shè)計(jì)

首先我們自己組裝一輛符合要求的小車，由于事故現(xiàn)場的特殊性，我們對材質(zhì)，大小都有很高的要求，然后根據(jù)我們需要實(shí)現(xiàn)的功能去拓展外圍設(shè)備，包括電子攝像頭，溫度檢測器，濕度檢測器，氣體質(zhì)量檢測器等等，外加遙控裝置，在模擬事故現(xiàn)場條件下實(shí)施各種作業(yè)，不斷調(diào)試以完成預(yù)期設(shè)計(jì)。做成一款能夠拍攝事故現(xiàn)場畫面，能夠檢測事故現(xiàn)場各種參數(shù)的智能小車，通過不斷地模擬，能夠參與到實(shí)際的事故現(xiàn)場幫助完成救援任務(wù)的智能機(jī)器人。［3］

小車整個(gè)系統(tǒng)由傳感器模塊，無線通訊模塊，電源/電機(jī)模塊，紅外避障模塊，攝像頭模塊/Wifi模塊，USB Hub模塊組成。［4］

二、整體設(shè)計(jì)

1.1傳感器模塊設(shè)計(jì)

紅外傳感器是小車循跡過程中的一個(gè)重要部分，通過與光敏電阻的配合使用。由于不同顏色對于光的反射程度不同，所以可以通過光敏電阻來進(jìn)行循跡。由于是光線傳感器，再安裝時(shí)注意高度變化，使其保持在合適的位置。紅外傳感器的測距是80CM，也可通過調(diào)節(jié)繼電器來改變測距。

此外，小車前部還安裝了兩個(gè)紅外避障模塊，使機(jī)器人小車在循跡是可以躲避障礙物，增強(qiáng)在現(xiàn)實(shí)中的可用性。

1.2無線通訊模塊

無線通訊模塊主要通過藍(lán)牙模塊以及無線wifi模塊來實(shí)現(xiàn)。使用的藍(lán)牙模塊是BlueTooth，這一模塊的藍(lán)牙為HC-05。

BlueTooth藍(lán)牙模塊上的5V，3.3V任意接到一個(gè)相應(yīng)的電壓就可以接高電平，然后通過USB模塊連接到電腦。這樣就可以實(shí)現(xiàn)小車和上位機(jī)之間的通信。

藍(lán)牙模塊燒錄部分源碼如下：

無線wifi模塊通過在ARM上編寫的相關(guān)程序與上位機(jī)程序連接，同樣可以將溫度，濕度等信息傳回到上位機(jī)上的軟件。最后進(jìn)行分析，從而得到相應(yīng)監(jiān)測地點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

1.3攝像頭模塊

通過攝像頭模塊來采集視頻信息，通過藍(lán)牙模塊實(shí)時(shí)傳輸回視頻到上位機(jī)。操作者可實(shí)時(shí)看到小車傳回的信息，從而了解火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以及人員傷亡狀況。圖像采集主要基于MC9812DG128單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，總線速度20MHz，8KBRAM，256KBflash。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)控制部分源碼

三、軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智能機(jī)器人的整體軟件系統(tǒng)都是通過C語言及少量的內(nèi)嵌匯編語言來實(shí)現(xiàn)。編譯過程主要通過上位機(jī)以及ARM GCC編譯器來進(jìn)行，也可通過makefile實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目相關(guān)文件的編譯。程序的燒寫過程也極為簡單，可通過專用串口線進(jìn)行燒寫，將程序下載到開發(fā)板中，啟動(dòng)集成的各個(gè)模塊，就可進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試。

通過傳感器發(fā)回的信號(hào)和返回值，控制系統(tǒng)可通過輸出不同的占空比的pwm來控制轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜動(dòng)作的行為。

四、結(jié)語

本文論及的基于ARM的智能機(jī)器人設(shè)計(jì)充分利用了Cortex-M3的優(yōu)點(diǎn)，通過改善和利用處理速度，使機(jī)器人的性能變得更加穩(wěn)定，同時(shí)利用紅外避障模塊以及循跡模塊，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡以及避障的功能，自動(dòng)識(shí)別路徑。通過在小車上集成各種濕度，溫度傳感器，攝像頭模塊，使得機(jī)器人在實(shí)際火災(zāi)救援過程中具有實(shí)用性，功能也變得更加豐富和穩(wěn)定。

［1］弓雷等.ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)詳解清華大學(xué)出版社

［2］弓雷等.Linux環(huán)境C語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué)出版社

［3］杜春雷等.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程清華大學(xué)出版社

［4］孫增圻.系統(tǒng)分析與控制清華大學(xué)出版社