微型抛掷式应急侦察机器人的无线控制及监控

王乐 刘满禄 杜敏 陶波

摘 要：文章针对微型抛掷式应急侦察机器人设计一种基于MSP430单片机的无线控制系统和一种基于嵌入式PC/104plus总线结构的视频监控系统。通过分析微型机器人无线控制系统原理，从控制命令无线发射和微型机器人控制两个部分实现无线控制系统的硬件和软件设计。采取半自主控制方式，分析微型机器人监控功能，从六大模块实现监控系统的设计。

关键词：微型抛掷式应急侦察机器人；无线控制；监控系统

引言

微型抛掷式应急侦察机器人已逐渐成为微型机器人领域中的研究热点。通过抛投、布撒等形式，微型抛掷式应急侦察机器人可以快速靠近目标进行作业，与便携式移动机器人系统构成子母系统，对于军事以及公共安全领域中涉及的异常处置等工程问题，可以灵活、高效地应对，具有很好的应用前景。

1 微型抛掷式应急侦察机器人的无线控制

1.1 无线控制系统原理

微型机器人无线控制系统包含控制命令无线发射和微型机器人控制两个部分，其系统原理框图如图1。据此，微型抛投式应急侦察机器人的控制命令无线发射部分主要是在PC工作站串口下，发送控制机器人的指令，比如进行方向改变、加减速等。其控制部分则通过接收发送的控制指令对步进电机的通电脉冲逻辑和频率进行调整，从而完成该微型侦察机器人的运动控制。

图1

1.2 无线控制系统硬件设计

文章选取MSP430F2234单片机进行微型抛掷式应急侦察机器人的无线控制系统硬件设计，无线控制命令发射部分主要通过PC机工作站的串口以及该单片机的通用串行通信模块来发出控制指令。其中单片机需要经过电平转换电路才能和PC机工作站串口连接。硬件电路通过采用232芯片，达到3～5V电平的双向转换的要求。

微型抛掷式应急侦察机器人控制电路硬件主要由以下模块组成：单片机控制器模块、无线接收模块以及步进电机驱动模块等。微型抛掷式侦察机器人控制电路主要的功能就是通过接收到的控制指令调整步进电机的通电脉冲逻辑和频率，从而改变步进电机的转向以及转速，从而实现加速、减速、前进、后退等运动控制。

1.3 无线控制系统软件设计

与硬件设计类似，微型抛掷式侦察机器人无线控制系统软件设计包含无线控制指令发射软件设计和微型机器人控制软件设计。其中无线控制指令发射的软件设计主要指通过软件设计实现PC工作站以及MSP430F22x4单片机串口之间的通讯以及发送控制指令。而微型机器人控制的软件设计是指通过软件设计实现无线收发模块接收发射的控制指令以及实现单片机对步进电机转向以及转速的控制。本系统的软件设计采用模块化编程，不仅有利于编程的实现，还有利于软件功能得继续扩展。

2 微型抛掷式应急侦察机器人监控系统设计

2.1 功能设计

现如今，微型机器人的监控系统设计方式包含有全自主控制以及半自主控制方式，文章采取后者进行微型抛掷式应急侦察机器人监控系统设计。为满足使用者对其便携性、灵活性、嵌进性的要求，文章设计了微型抛掷式应急侦察机器人的手持监控系统。

在微型抛掷式应急侦察机器人的作业中，手持监控系统可以在全局上起到监测以及便于控制的作用。文章将微型抛掷式应急侦察机器人的手持监控系统分为以下六大功能模块：状态信息监测模块、作业视图监视模块、无线通信模块、远程控制模块、数字地图交互模块以及路径规划模块。

在该手持监控系统中，状态信息监测模块主要对微型抛掷式侦察机器人的作业状态信息进行监测；作业视图监视模块主要对微型抛掷式侦察机器人的作业环境进行视频监视；无线通信模块主要实现微型抛掷式侦察机器人作业中的状态信息、运动调整、视频信号等数据进行无线传输；远程控制模块主要对机器人作业时的运动指令进行编码和发送；数字地图交互模块主要对机器人作业的地理环境信息进行数字化显示，并且实现人机交互；路径规划模块主要对机器人作业的路径进行点对点的最优化搜索。

2.2 硬件系统

文章基于嵌进式系统的PCI总线，采用其PC/104plus总线结构，对微型抛掷式侦察机器人的手持监控系统进行硬件设计，该系统的硬件结构主要包括图像采集模块、无线通信模块、远程控制器模块、中心处理模块以及液晶显示模块。在这五大模块中，无线通信模块还包含无线视频传输模块和无线数据传输模块。其中无线视频传输模块主要进行宽带数据（比如微型抛掷式侦察机器人的作业视图信号）的无线传输；而无线数据传输模块主要进行微型抛掷式侦察机器人作业时的窄带数据（比如运动指令以及状态信息等）的无线传输。

在文章设计的手持监控系统中，可以通过接口对硬件系统各个模块进行交换信息和共享数据等操作：（1）通过嵌进式图像采集模块与PC/104plus总线的接口，中心处理模块可以进行各模块之间作业视图数据的传输；（2）通过串口，中心处理模块与远程控制器模块以及无线数据传输模块能够连接起来；（3）通过TTL接口，中央处理模块可以和液晶显示模块连接起来；（4）通过RCA接口，无线视频传输模块和嵌进式图像采集模块之间能够进行传输复合视频信号的操作。

2.3 软件系统

文章选用WinCE作为嵌进式操作系统平台，进行微型抛掷式侦察机器人手持监控系统的软件设计。该系统的软件设计主要包括定制操作系统、开发设备驱动程序以及应用程序等步骤。而其中应用程序的开发主要是指串口通信、键盘扫描、数字地图交互、视频处理、以及路径规划这五大模块的开发。

3 结束语

文章针对微型抛掷式应急侦察机器人设计一种基于MSP430F2

234单片机的无线控制系统和一种基于嵌入式PC/104plus总线结构的视频监控系统，具有很好的工程实际应用意义。

参考文献

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[2]傅曦，齐宇.嵌入式系统Windows CE开发技巧与实例[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3]程寅，张为公，赵马泉，等.基于C8051F040的模型车无线控制系统的设计[J].现代电子技术，2009（17）.

作者简介：王乐（1994，4-），汉族，四川达州人士，西南科技大学信息工程专业2012级本科。

刘满禄（1981，9-），西南科技大学信息工程学院老师，博士，研究领域：机器人技术。

杜敏（1994，3-），西南科技大学信息工程专业2012级本科。

陶波（1993，3-），西南科技大学信息工程专业2012级本科。