關于排爆機器人手動控制信息采集系統的實現研究

趙遠航 王彬

摘 要 排爆是一項極具危險性的工作，為了避免工作中出現不必要的人員傷亡，排爆機器人被引入了該項工作中。基于此，本文著眼于排爆機器人的功能和運行系統，先對排爆機器人的主要類別和實際用途進行了簡要分析，而后論述了排爆機器人手動控制信息采集系統的硬件結構和PC機串口接收程序的設計方案，希望能為相關工作人員提供參考。

關鍵詞 排爆機器人;手動控制;信息采集系統;系統設計

1排爆機器人概述

排爆機器人是一種用于排爆工作的專用器材，在復雜地形當中極為適用，屬于科技含量較高的輔助型排爆工具。

（1）分類。目前，在排爆機器人分類環節，主要可基于兩種標準而開展，其一是以操控方式分類;其二是以行進方式分類。若基于操控方式分類，則可將排爆機器人分為遠程操控型排爆機器人和自動型排爆機器人兩種。前者需要人為操控，操作人員能基于可視條件發布排爆指令，而機器人則需要對相應指令進行執行;后者的智能化水平更高，排爆機器人可根據磁盤程序來判斷危險品并自動完成險情排除。從成本上來看，自動型排爆機器人的成本遠高于遠程操控型排爆機器人。若依照行進方式劃分，可將排爆機器人分為輪式和履帶式兩種。大多數排爆機器人都有著轉向靈活、體積小且適應性高的特點，能在復雜多變的地形中順利完成排爆工作。

（2）用途。從排爆機器人的名字上就可看出其功能，它可代替排爆人員轉移和銷毀危險品、可代替安檢人員完成實地勘察、可配備散彈攻擊犯罪分子，還能配備探測器材排查危險場所和物品。不過，在實踐中排爆機器人還具備其他功能。比如，監視功能，排爆機器人可被應用在犯罪活動監聽和監察工作中，可以實時監視犯罪分子活動。

2排爆機器人手動控制信息采集系統的設計與實現

A/D轉換是基于轉換器來完成模擬信號與數字信號之間的轉換的操作，在微機測控系統中十分常見，可通過采集現場模擬量來為微機控制使用提供便利。在此環節，基于危機擴展一到多塊PCIA/D采集卡的方法最為常見。不過，若應用場景內的模擬量少、溫度壓力存在緩變或成本要求低，則此方法并不適用。為此，本文對適用于成本要求低且采樣頻率不高場合的信息采集系統進行了設計，使其能為排爆機器人手動控制信息采集提供保障。

（1）硬件結構設計。在排爆機器人手動控制信息采集系統設計環節，主要應用到的硬件結構主要有三種，其一是PC機;其二是手動信息采集板;其三是外圍傳感設備[1]。在系統結構設計當中，這三個模塊將實現順序連接。排爆機器人手動控制信息采集系統的PC機應基于RS232通信與手動信息采集板相連，后者可對外圍傳感設備的模擬量信息進行直接采集。同時，在系統設計環節還將應用到MAX232芯片，它是手動信息采集板的串行芯片。在實際作業環節，手動信息采集板應該由多種元件組合而成。比如，基于串行通信芯片、處理器和多路開關，共同組建手動信息采集板。在本次系統設計中，以AT89C51單片機為手動信息采集板的處理器、以12位AD574A并行A/D芯片作為A/D芯片、以CD4051芯片為多路開關。此外，在排爆機器人手動控制信息采集系統設計環節，單片機與A/D芯片將對外圍設備的模擬量進行采集，并將其轉化為數字信號，為與PC機實現交流提供保障。

（2）PC機串口接收程序設計。在設計排爆機器人手動控制信息采集系統的PC機串口接收程序時，相關工作人員應該將設備的COMI串行口與手動控制信息采集板的串行口相連。在實際運行環節，PC機應基于多任務與進程的集成化模式作業，而串口接收程序也應該成為控制系統當中的子進程。因此，當這一程序啟動時，可接收采樣數據，并向多任務調度系統發送信息，從而讓該系統發揮統一調度功能，對所有任務進行調度。在程序設計環節，應涵蓋以下步驟：

①設置串口參數。排爆機器人手動控制信息采集系統設計人員，應該對PC機串口的各項參數進行妥善設置，以便于保證串口接收程序運行有效。比如，將串口波特率設計為9600bps，將串口字長設定為8，將串口停止位設定為1，將串口校驗位設定為N。這一操作是通信程序設計的初步階段，在此環節設計人員應保證采集板和PC機的串口參數設置情況具有一致性。在實際作業環節，保證二者串口參數設置的一致性，是實現二者通信的前提，而這一操作也是通信程序設計的首要環節。②合理設置中斷允許寄存器。系統設計人員應該著眼于PC機當中的8250UART芯片，并對芯片的中斷允許寄存的參數進行合理設置，進而保障該設備的應用可靠性。在實踐中，中斷允許寄存器的主要作用是保證PC端的串行口的數據接收可以被中斷。在這一環節，必須讓中斷允許寄存器有效運行，使其能在接收到相應數據后進入指定中斷程序。③串口中斷屏蔽位。對于中斷控制器8259A而言，其內部的中斷屏蔽寄存器地址是21H，其擁有的8個位與IRQ0-IRQ7相對應。當相應的位被設定為1時屏蔽器中斷，若回歸0位則打開中斷。基于這種方式完成通信時，應保證中斷屏蔽寄存器的串口中斷屏蔽未被打開。也就是說，在實踐中讓21H口地址的第3或4位歸0。④設置MODEM控制寄存器。在此環節，設計人員應該對MODEM控制寄存器的第3位進行合理設置，使其保持在1的狀態，為CPU相應所有UART中斷允許器批準的通信中斷奠定基礎。⑤安裝中斷程序。在安裝中斷程序之前，應做好中斷向量的設置工作。在此環節，PC機開機后，BIOS將自動設置中斷向量。在此環節，基于通信可以將中斷向量指向自己編寫的中斷服務程序。⑥復位與恢復工作。在實踐中，應先對8250的接收中斷進行恢復，也就是基于讀取接收數據寄存器復位接收中斷。同時，在程序結束后，還要對原向量進行恢復，并退出中斷程序。在此環節，中斷接收發送程序與接收程序的機構差異性并不大，但二者在中斷向量放置方面存在明顯差異，所以中斷程序的指令不同。此時，用于發送指令的是上位機，而用于接收指令的是下位機。

3結束語

總而言之，為確保排爆機器人手動控制系統運行有效，必須合理設計手動控制信息采集系統。在實踐中，不僅要明確排爆機器人手動信息采集系統的硬件結構和硬件性能標準，更應該合理設計PC機的串口接收程序，為提高系統的信息采集能力和效率奠定基礎。

參考文獻

[1] 李偉.排爆機器人的機械臂控制平臺設計與開發[D].上海：上海應用技術大學，2018.