自主识别环境自由机器人在救灾中应用研究成果汇编(师哥)

1、 山东师范大学大学生创新创业训练项目研究成果汇编 项 目 名 称：自主识别环境自由移动机器人在救灾中的应用 项目负责人： 王燕飞 专 业 班 级： 11通信三班 所 属 学 院： 信息科学与工程学院 指 导 教 师： 卢洪武 山东师范大学教务处 制目 录阶段性研究报告（2014年4月2014年7月）1阶段性研究报告（2014年7月2014年12月）6阶段性研究报告（2014年12月2015年6月）10基于WiFi的远程视频传输智能机器人设计（论文）20项目成果实物图27阶段性研究报告（2014年4月2014年7月）王燕飞本研究阶段主要任务是对相关基础知识的学习，特别是移动机器人所需的关键技术的

2、学习。主要包括传感器技术、多传感器信息融合技术。1、 传感器技术 (1)电阻式传感器   电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。   (2)激光传感器   利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。    激光传感器

3、工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。    利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度（ZLS-Px）、距离（LDM4x）、振动（ZLDS10X）、速度(LDM30x)、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。 (3)霍尔传感器   霍尔传感器是根据霍尔

4、效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。   (4)温度传感器   温度传感器的种类很多，现在经常使用的有热电阻：PT100、PT1000、Cu50、Cu100；热电偶：B、E、J、K、S等。温度传感器不但种类繁多，而且组合形式多样，应根据不同的场所选用合适的产品。    测温原理：根据电阻阻值、热电偶的电势随温度不同发生有规律的

5、变化的原理，我们可以得到所需要测量的温度值。    (5)智能传感器   智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元，它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。    (6)光敏传感器   光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、C

6、CD和CMOS图像传感器等。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术引中占有非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。   (7)湿度传感器   高分子电容式湿度传感器通常都是在绝缘的基片诸如玻璃、陶瓷、硅等材料上，用丝网漏印或真空镀膜工艺做出电极，再用浸渍或其它办法将感湿胶涂覆在电极上做成电容

7、元件。湿敏元件在不同相对湿度的大气环境中，因感湿膜吸附水分子而使电容值呈现规律性变化，此即为湿度传感器的基本机理。   (8)视觉传感器   视觉传感器是指：具有从一整幅图像捕获光线的数发千计像素的能力,图像的清晰和细腻程度常用分辨率来衡量,以像素数量表示。  在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析。  (9)位移传感器 位移传感器又称为线性传感器，把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电

8、感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。  (10)压力传感器 压力传感器引是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。  (11)超声波测距离传感器   超声波测距离传感器，采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，采用小角度，小盲区超声波传感器，具有测量准确，无接触，防水，防腐蚀，低成本等优点，可应于液

9、位，物位检测，特有的液位，料位检测方式，可保证在液面有泡沫或大的晃动，不易检测到回波的情况下有稳定的输出，应用行业：液位，物位，料位检测，工业过程控制等。2、 多传感器信息融合技术(1) 多传感器信息融合基本概论多传感器信息融合定义  近十几年来，多传感器信息融合技术（MSIF：Multi-Sensor Information Fusion）获得了普遍的关注和广泛的应用，融合一词几乎无限制地被许多领域所引用。这些应用领域主要有：机器人和智能仪器系统；战场任务和无人驾驶飞机；目标检测与跟踪；自动目标识别；多源图像复合等。显然，信息融合是针对一个系统中使用多

10、种传感器（多个或多类）这一特定问题而展开的一种信息处理新的研究方向，因此，信息融合又称作多传感器融合（MSF）。根据国外研究成果和国内最近出版的一些专著，信息融合比较确切的定义可以概括为：  利用计算机技术将来自多传感器或多源的信息和数据，在一定准则下加以自动分析综合以完成所需要的决策和估计而进行的信息处理过程，以便得出更为准确可信的结论。  信息融合的另一种普遍说法是数据融合，但就信息和数据的内涵而论，用信息融合一词更广泛更合理也更有概括性。一般说来，人们普遍认为，信息不仅包括了数据，而且包括了信号和知识。 信息融合的基本原理  多传感器信息融合是人类

11、和其他生物系统普遍存在的一种基本功能，人类具有将自身的各种功能器官（眼耳鼻四肢）所探测的信息（图像声音气味和触觉）与先验知识进行综合的能力，以便对他周围环境和正在发生的事件作出估计。由于人类的感官有不同的度量特征，因而可以测出不同空间范围内发生的各种物理现象。这一处理过程是复杂的，也是自适应的，它将各种信息转换为对环境的有价值的解释。 多传感器信息融合是对人脑综合处理复杂问题的一种功能模拟。在多传感器系统中，各种传感器提供的信息可能有不同的特征：时变的或非时变的，实时或非实时的，模糊的或确定的，精确的或不完全的，可靠的或非可靠的，互补的或相互矛盾的。多传感器信息融合的基本原理就像人脑

12、综合处理信息的过程一样，它充分利用多个传感器资源，通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用，将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来，产生对观测环境的一致性解释和描述。信息融合的目标是基于各传感器分别观测信息，通过对信息的优化组合导出更多的有效信息，它的最终目的是利用多传感器共同联合操作的优势，来提高整个传感器系统的有效性。 多传感器信息融合的特点：生存能力强，扩展了空间覆盖范围，扩展了时间覆盖范围，可信度高、信息的模糊度低，探测性能好，空间分辨率高，系统可靠性高。(2)多传感器信息融合过程 信息融合的过程通常以如下三种方式出现： 同

13、一平台上的几个探测器（传感器）的数据/信息融合。 把一个探测器（传感器）平台上获取的数据/信息传递给另一个探测器（传感器）平台。 将两个或多个部署在不同地方的探测器所采集和处理的跟踪文件融合起来。   首先将被测对象它们转换为电信号，然后经过AD变换将它们转换为数字量。数字化后电信号需经过预处理，以滤除数据采集过程中的干扰和噪声。对经处理后的有用信号作特征抽取，再进行数据融合；或者直接对信号进行数据融合。最后，输出融合的结果。 （3）多传感器信息融合算法 加权平均 加权平均是最简单、最直观的数据融合方法。 该方法将一组传感器提供的冗余信息进行加权平均，结果作为融合

14、值。 嵌入约束法：卡尔曼滤波、贝叶斯估计 由多种传感器所获得的客观环境(即被测对象)的多组数据，就是客观环境按照某种映射关系形成的像，信息融合就是通过像求解原像，即对客观环境加以了解。 用数学语言描述就是，所有传感器的全部信息，也只能描述环境的某些方面的特征，而具有这些特征的环境却有很多，要使一组数据对应惟一的环境(即上述映射为一一映射)，就必须对映射的原像和映射本身加约束条件，使问题能有惟一的解。 嵌入约束法最基本的方法：Bayes估计和卡尔曼滤波 多贝叶斯方法 DurrantWhyte将任务环境表示为不确定几何物体集合的多传感器模型，提出37 了传感器信息融合的多贝叶斯估计方法。 多贝叶斯

15、估计把每个传感器作为一个贝叶斯估计，将各单独物体的关联概率分布组合成一个联合后验概率分布函数，通过使联合分布函数的似然函数最小，可以得到多传感器信息的最终融合值。 统计决策理论 与多贝叶斯估计不同，统计决策理论中的不确定性为可加噪声，从而不确定性的适应范围更广。 不同传感器观测到的数据必须经过一个鲁棒综合测试以检验它的一致性，经过一致性检验的数据用鲁棒极值决策规则融合。 证据组合法：概率统计方法、Dempster-Shafer证据推理法 由Dempster首先提出，由Shafer发展。一种不精确推理理论，贝叶斯方法的扩展。贝叶斯方法必须给出先验概率，证据理论则能够处理这种由不知道引起的不确定性

16、。在多传感器数据融合系统中，每个信息源提供了一组证据和命题，并且建立了一个相应的质量分布函数。因此，每一个信息源就相当于一个证据体。 在同一个鉴别框架下， 将不同的证据体通过Dempster合并规则并成一个新的证据体，并计算证据体的似真度，最后用某一决策选择规则，获得最后的结果。 证据组合法认为完成某项智能任务是依据有关环境某方面的信息做出几种可能的决策，而多传感器数据信息在一定程度上反映环境这方面的情况。因此，分析每一数据作为支持某种决策证据的支持程度，并将不同传感器数据的支持程度进行组合，即证据组合，分析得出现有组合证据支持程度最大的决策作为信息融合的结果。 证据组合法是对完成某一任务的需

17、要而处理多种传感器的数据信息，完成某项智能任务，实际是做出某项行动决策。它先对单个传感器数据信息每种可能决策的支持程度给出度量(即数据信息作为证据对决策的支持程度)，再寻找一种证据组合方法或规则，在已知两个不同传感器数据(即证据)对决策的分别支持程度时，通过反复运用组合规则，最终得出全体数据信息的联合体对某决策总的支持程度。得到最大证据支持决策，即信息融合的结果。 利用证据组合进行数据融合的关键在于： 选择合适的数学方法描述证据、决策和支持程度等概念 建立快速、可靠并且便于实现的通用证据组合算法结构 常用证据组合方法：概率统计方法、Dempster-Shafer证据推理。阶段性研究报告（201

18、4年7月2014年12月）王燕飞本研究阶段主要任务是对自由移动机器人整体机械结构的设计，在该机械结构设计中，初步从移动方式、驱动系统、电源、传动、履带、底盘设计等方面进行分析。一、移动方式机器人的移动方式多种多样，而最具有代表性的移动方式有有：腿式、轮式、履带式等1、 轮式移动方式：其结构组成简单、重量轻、摩擦阻力小，机械效率高，该结构存在着一定的局限性，只能在相对平坦、表面较硬的路面上行驶，如遇到软性地面(如沼泽、草地、雪地、沙地等)容易打滑、沉陷。2、 履带式移动方式：其具有以下特点： 支撑面积大，接地比压小，适合于松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小，越野机动性能好。  转

19、向半径极小，可以实现原地转向。  履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。 具有良好的自复位和越障能力，带有履带臂的机器人还可以像腿式机器人一样实现行走。从20世纪80年代起，国外就对小型履带式机器人展开了系统的研究，比较有影响的一下几种：美国的Packbot机器人（如图1-1）、URBOT、NUGV和talon机器人。此外，英国研制的Supper wheelbarrow排爆机器人、加拿大谢布鲁克大学研制的AZIMUT机器人、日本的Helios VII机器人都属于履带式机器人。我国对履带式机器人的研究也取得了一定的成果，如沈

20、阳自动化研究所研制的CLIMBER机器人、北京理工大学研制的四履腿机器人、北京航空航天大学研制的可重构履腿机器人等。综合分析国内外所研究的履带式移动机器人，大致可以分为：单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式、多节轮履复合式以及自重构式移动机器人。3、 腿式移动方式：腿式机器人的运动轨迹是一系列离散的足印，轮式和履带式机器人的则是一条条连续的轨迹。崎岖地形中往往含有岩石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障碍物，可以稳定支撑机器人的连续路径十分有限，这意味着轮式和履带式机器人在这种地形中已经不适用。而腿式机器人运动时只需要离散的点接触地面，对这种地形的适应性较强，正因为如此，腿式机器人对环境的破坏程

21、度也较小。 双节履带设计是众多复合履带机器人中的一种。双节履带设计可以提高履带车的越野能力，使履带机器人更容易通过障碍物，增加了机器人的灵活性。目前双节履带设计在机器人上已有较多应用，故本设计采用双节履带设计。二、驱动系统现代机器人的驱动方式主要有气动驱动、液压驱动和电动驱动三种。电动驱动系统具有速度快、控制简单精确等特点，适用于中、小型机器人。因此本机器人平台采用电动方式驱动。在确定了驱动方式后，需要选择合适的电机。电机按照工作电源分类可分为交流电机(AC)和直流电机(DC)两种。交流电机(AC)具有维护方便、结构简单等优点，但其控制特性较差，尽管现代控制理论发展到今天可以使交流电机进行变频

22、调速，但是交流电机的调速系统相对来说还是比较复杂、困难。直流电机(DC)具有良好的控制性能和调速性能。它可以通过独立地分别控制激励电流和电枢电流二者的方向及大小，使转速在很宽的范围内进行精确的调节。但是传统的有刷直流电机具有散热较差、稳定性较差、寿命较短。而无刷直流电机减小了传统有刷直流电机带来的限制，又保持了它的优秀控制性和调速性，是交流电机与直流电机优点的结合，具有寿命长、结构简单、可靠性高等优点，在各个领域特别是工业领域中被广泛应用。但是，电机也有着自己本身的缺陷，主要是在工作的时候会对电子设备产生电磁干扰5，而电磁干扰很可能影响到人们对机器人的控制，例如，机器人很可能会在关键时刻因电磁

23、干扰的影响增加图像等信息反馈的困难，甚至可能失去对机器人的控制。为了降低电磁干扰，常用的方法是在外壳套上一层金属外壳。从实际考虑，大部分救援过程通常是在机器人电机停止、车身稳定状态下进行的，所以负责车体运动的电机一般不会对机械臂的控制造成干扰。 减速电机可以通过控制电机的转速和输出力矩，提供大力矩。减速机的转数比与其输入转数与输出转数成正比关系。同时，输出扭矩与减速机转数比成正比例，本设计中机器人使用ZGA37RE直流减速电机。3、 电源 可充电电池组是履带机器人最理想的动力来源。可充电电池6按主要化学成分分类，有镍镉、锂离子、镍氢等不同的类型，其主要指标为电压、容量等。本设计在选择可充电电池

24、时，电池的放电能力是需要特别考虑的一点。电池放电能力的大小一般以C为单位进行选择。根据履带机器人越障的特点，要求可充电电池要有大容量、高放电能力，因此理想电源为锂聚合物可充电电池组。而由电池组提供的电压需经过DC-DC电路处理后才能提供给机器人各硬件部分使用。DC-DC电路在满足电压电流要求的同时要保留一定的冗余。 根据机器人各硬件部分能源消耗的需求及对可靠性的要求，对供电单元的设计有以下要求：1.在所有设备满负荷情况下，电源必须可以提供足够的功率；2.各设备的供电电路应该合理布置，并且保证各个设备之间的有效隔离，特别应当确保微处理器的工作电压的稳定。 综合以上，本机器人的动力系统设计分为DC

25、-DC电路和电机驱动电路（即H桥）两大部分。 DC-DC降压稳压电路四、履带选择本设计选择了梯形双面齿同步带作为设计履带，梯形双面齿同步带综合了齿轮传动、链传动和带传动的优点。同步带能保证准确的传动比。同步带通常以氯丁橡胶为材料，这种履带较轻薄，因此经常应用于有重量要求或者速度较快的环境下。并且传动噪音相对较小，不需油润滑，耐磨性较好，寿命较长。因为同步带传动具有传动比精准且范围大，噪音小，传动平稳，速度比较恒定等优点，传递功率可以从几瓦到百千瓦。适宜于多轴传动，结构紧凑，传动效率高，因此可在工作环境恶劣的境况下正常工作。综上可知，选用梯形双面齿同步带能够满足设计性能及工作的环境条件要求。综上

26、所述，本项目初步设计机器人整体机械结构如下图所示。阶段性研究报告（2014年12月2015年6月）王燕飞本研究阶段主要任务是对机器人运动控制系统的设计，包括各硬件模块的设计、研究，以及程序的编写、调试。一、运动控制系统概述 机器人的运动控制系统是机器人系统的执行机构，对系统精确地完成各项任务起着重要作用。构成机器人运动控制系统的要素有:计算机硬件系统及控制软件、输入/输出设备、驱动器、传感器系统，它们之间的关系如图1所示。图1 机器人控制系统构成要素 移动机器人运动控制系统的设计主要包括系统的功能和体系结构设计,功能设计主要完成控制功能和算法的软件设计,而体系结构设计是功能在硬件上的实现。根据

27、面对的任务和环境不同,对机器人运动控制系统的设计也不同。目前机器人运动控制系统存在主要问题有:系统局限于专用MCU、专用机器人语言,开放性差;软件结构依赖于微处理器硬件,在不同系统之间移植相对困难;扩展性差。针对这些不足,进行机器人运动控制系统设计时应考虑以下要求: (1)开放式系统结构。采用开放式软件、硬件结构,可以根据需要方便扩充功能,使其适用于不同目的的科研需求。 (2)合理的模块化设计。硬件模块化不仅方便安装和维护,而且提高了稳定性;软件模块化便于修改、添加。 (3)实时性、多任务要求。控制器必须能在确定时间内完成对外部中断的处理,并且可以多个任务同时进行。 (4)具有一定的智能,在遇

28、到突发状况时可以进行自我判断和决策,如限定速度在合理范围之外或者速度突然产生巨大变化时机器人的自我处理、对本身故障的自我诊断等。 基于以上要求，对机器人的运动控制系统设计如图2所示。图2 机器人运动控制系统图二、各模块设计1、主控芯片 C8051Fxxx单片机兼容MCS51指令内核，它把构成一个单片机控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其它功能部件集成在一个单片内。与MCS51相比，具有以下优点：（1） 速度提高。C8051单指令运行速度是8051的12倍，全指令集运行速度是原来的9.5倍；（2） 内部特殊功能寄存器SFR种类数量增多；（3） 具有基于JTAG接口的在系统调试功能；（4）功

29、能增加。提供了16个中断源、9个复位电源，增加了片内时钟；（5）外引脚采用交叉开关配置（图4.3）；图3 数字交叉开关原理框图C8051F340单片机，速度高达48MIPS;有4个16位定时器、扩展的中断系统、看门狗定时器以及40个耐5V电压I/O口;同时还集成了UART串口、SMBUS等接口，可以更方便地控制外接部件并与其进行数据传输;该芯片内部256字节的数据RAM和64KB的FLASH为数据缓冲和程序运行提供了空间。C8051F340集成了全速USB2.0功能控制器，集成的时钟恢复电路无需外部晶体就可实现全速和低速两种速度运行。 2、 驱动模块 本设计选用了两个半桥驱动芯片BTS7970

30、驱动直流电机转动15，BTS7970是应用于电机驱动常采用的大电流半桥高集成芯片，如图4.6所示，其驱动电流可达43A，保证了电机堵转时电路系统的安全。如图4.7所示，H桥驱动由两片BTS7970驱动芯片构成。T1和T4导通时，电机正转；T2和T3导通时，电机倒转。 图4 BTS7970 图5 H桥驱动原理图 3、信号检测模块 机器人的传感系统包括内部传感器以及和外部传感器，其中内部传感器主要用于确定自身方位，外部传感器则用于获取外界的环境信息。每个传感器都有自身的功能，单一的传感器只能提供相对较少信息,而机器人要想做出合理的判断与决策，仅仅依靠这部分信息是远远不够的，必须要采集多方面的信息才

31、能做到上述要求。因此,机器人需要利用多传感器信息融合技术,经过处理从而获得较为完整的信息,进而做出合理的、可靠的决策。由于本设计的目的是开发一种在复杂的外界环境下，完成侦查灾难现场并进行简单救济的机器人，因此我们设计利用红外摄像头摄取图像，利用麦克拾取声音，并采用无线方式实时传输显示在救援人员面前。实现该功能有两种方案，一是采用模拟摄像头，模拟调频，2.4G无线传输，该方式占用频带宽，需用专门的接收设备解调后用电视显示器显示图像，设备庞大复制，携带不便。第二种方法是采用数字摄像头拍摄，数据压缩后利用无线数传模块传输，但是图像传输数据量大，很难实现实时传输，我们设计利用WIFI无线通信模块实现大

32、数据的传输，基本能满足实时观看的效果。而且具有WIFI接收功能的手机、电脑等都可用来接收信息。我们设计的数字无线WIFI摄像头硬件模块如图4.8所示，控制界面如图4.9所示。它采用采用先进的H.264的编码方式，实现超低码率的数据量，高清晰画质。无线传输距离相比之下更远，可穿透3-4堵墙。双向语音，Audio编码（16KHz，16bit G.711/G.726），支持手机对讲，声音清晰。SDIO WIFI模块传输音频和视频，兼容802.11b/g，可以记录和监控声音和图像，并且支持远程监控能实时了解灾难现场情况。内建micro_TF插槽，最高支持32G存储。采用1/4英寸C

33、OMS数字摄像头，自动IR_CUT，LED夜视照明距离可达10米。支持上下、左右旋转巡航，全方位角度监控（水平350°/垂直120°），即插即用，不需要使用DDNS加路由器上的Porting Mapping设定，只需要填写ID号即可获得监控录像。 图6 数字无线WiFi摄像头硬件模块图7 控制界面除此，我们采用红外测距传感器，红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号接收管接收这种频率的红外信号当红外的检测方向遇到障碍物时红外信号反射回来被接

34、收管接收经过处理之后通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外的返回信号来判别运动前方障碍的距离，通过数字摄像头拍摄周围环境的变化，并采用WI-FI技术传输到操控者的手机屏幕上，操控者辅助遥控机器人选择最佳路径。红外传感器的的测距基本原理为发光管发出红外光光敏接收管接收前方物体反射光据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离它的原理是接收管接收的光强随反射物体的距离而变化的距离近则反射光强距离远则反射光弱。3、 软件设计部分程序代码如下：#include "C8051F340.h"#define uint unsigned int#define

35、 uchar unsigned charsbit P20=P20;sbit P21=P21;/前侧摆臂电机sbit P02=P02;sbit P03=P03;/右电机sbit P00=P00;sbit P01=P01;/左电机sbit P36=P36;sbit P37=P37;/后侧摆臂电机sbit P34=P34;sbit P35=P35;sbit P26=P26;sbit P27=P27;uint xdata timex,timey,y,x,y,zkb,ws,a1;void delay(uint z)uint a,b;for(a=z;z>0;z-)for(b=100;b>0;b

36、-);void Timer0_Init() TMOD = 0x11; TL0 = 0xE5; TH0 = 0xFF;void Port_IO_Init() P2MDOUT = 0x0C; XBR0 = 0x00; XBR1 = 0x40;void timer0_interrupt(void) interrupt 1 TL0 = 0xE5; TH0 = 0XFF;timex-;void Oscillator_Init() OSCICN = 0x83;void delay_1(uint b)for(a1=b;a1>0;a1-);void Init_Device(void)Timer0_Ini

37、t(); Port_IO_Init(); Oscillator_Init(); Interrupts_Init();void delay_PWM(x)timex=x; /修改x的值获得延时1ms的倍数Timer0_Init();EA = 1; /开总中断ET0 = 1;/开定时计数器0中断TR0 = 1;/启动定时计数器0while(timex!=0); /在此循环等待直到规定时间EA = 0; /关总中断ET0 = 0;/关定时计数器0中断TR0 = 0;/关定时计数器0timex=0; 机器人前进void drive_xq(uint sd_xq) P00=1; P36=1; delay_P

38、WM(sd_xq); P00=0; P36=1; delay_1(3); P00=0; P36=0; delay_PWM(5-sd_xq);机器人抬臂 if(P1=0x15) delay(20);if(P1=0x15)while(P1=0x15)P34=1;P35=0;delay_PWM(30000);P35=0;P34=0; 机器人左转void drive_zz(uint sd_zz) P00=0; P37=0; P01=1; P36=1; delay_PWM(sd_zz); P01=0; P36=0; delay_PWM(5-sd_zz);void main() PCA0MD &=

39、 0x40; / 关闭看门狗 Init_Device(); P00=0; P01=0; P36=0; P37=0; zkb=0; while(1) key(); if(zkb!=0) /if(zkb<0) /倒车 if(zkb=-1) while(zkb=-1) drive_dc(3); key(); /向左转 if(zkb=-2) while(zkb=-2)for(ws = 100;ws > 0;ws- )drive_zz(4);P01=0;P00=0;P37=0;P36=0;zkb=0;key(); /向右转 if(zkb=-3) while(zkb=-3)for(ws = 1

40、00;ws > 0;ws- )drive_yz(4);P01=0;P00=0;P37=0;P36=0;zkb=0;key(); /越障 if(zkb=-4) while(zkb=-4)drive_xq(4);key();zkb=0;P02=0;P03=0; P34=0; P35=0; /离开障碍 if(zkb=-5) while(zkb=-5)drive_xq(4);key();zkb=2;P02=0;P03=0; P34=0; P35=0; drive_xq(zkb); 基于WiFi的远程视频传输智能机器人设计卢洪武 王燕飞 王菲 刘超WiFi是一种无线局域网运用技术，其出现以来，凭借

41、组网方便、易于扩展等特点，有着广泛的应用前景。而无线接入和高速传输是WiFi的主要技术优点，WiFi技术与机器人技术的结合便产生了WiFiRobot。WiFi Robot是集远程无线通讯、音视频传输、数据采集、多向机械云台、灯光控制、环境检测、超声波测距、红外壁障、超声波领航、动力四驱、摄像头云台等功能为一体的多功能智能遥感机器人，以WiFi网络作为数据传输平台，以高速MCU为数据处理中心，可通过电脑、智能手机、平板电脑等设备进行远程控制，并可拓展更多功能。1 基本原理  设计的机器人所要实现的功能为：操作员在操作终端通过WiFi无线网络连接到小车内置的WiFi模块上，并向

42、其发出相关操作指令，WiFi模块接收指令并传递给内置的单片机，单片机通过控制电路让机器人执行相应的指令；同时，安装在机器人上的各种传感器和摄像头可以通过WiFi网络将数据反向传递给操作终端，从而实现上下行控制及双向通信，以便操作员实时了解机器人周围的环境，并根据环境情况发出指令控制机器人执行特定的任务，实现交互式操作，图1为系统整体实现框图。2 硬件设计图1 WiFiRobot系统整体实现框图  硬件系统由车体部分、路由器、摄像头及云台、驱动板、红外壁障、车灯部分等构成。  (1)车体部分。车体部分主要由2个12 V120转直流电机和电池组构成。为方便电池充放电，

43、设计了充放电电路，只需拨动开关即可实现充放电操作。电池组电源12 V，可多个并联使用，为机器人提供持久动力。  (2)摄像头及云台。摄像头选择高质量高清摄像头进行监控，摄像头满足0°180°水平，0°180°上下旋转，可以远程打开或关闭。摄像头型号为索尼PS2，通讯接口为USB协议。云台由2个MG995数字舵机及其他辅助材料构成。  (3)无线路由器(WiFi模块)。WiFi模块采用TPLINK全新推出的150 Mbit·s-1迷你型3G无线路由器。该路由器具有尺寸小，供电电压低的特点。其供电电压只有5 V，且支持OpenW

44、rt。OpenWrt是一个基于Linux的开源路由固件，提供了一个完全可写的文件系统及软件包管理，对支持OpenWrt的路由器刷机后，其相当于一个Linux小系统。路由器选择OpenWrt作为操作系统，将USB摄像头采集的现场图片发给远端的PC控制终端，并将上位机发出的命令通过串口转发给单片机控制系统。  (4)驱动模块。控制板主要包括电源模块、电机驱动、舵机驱动、下载串口、单片机电路、红外壁障、车灯控制以及数据通信接口等。在此主要介绍电机驱动和舵机驱动两个驱动模块。电机驱动采用英飞凌公司的BTN7971直流电刷电机驱动芯片，其具有大电流MOSFET半桥结构。芯片具有较高的集成度和足

45、够的输出能力，并在能耗方面具有优势。在集成化和小型化的电机控制系统中，适合作为理想的电机驱动芯片。图2为BTN7971与单片机组成的H电机驱动单元。由于所采用驱动芯片是半桥，因此需要采用两片以构成全桥实现电机的正反转。为防止电机运行中产生的电磁干扰影响单片机系统，采用总线驱动芯片74LVC245，提高信号驱动能力，同时隔离BTN7971和单片机，保护BTN7971和单片机芯片，防止BTN7971损坏后将电池电压直接输入到单片机，进而烧坏单片机控制引脚。图2 由BTN7971构成的H桥电机驱动电路原理图图3 隔离电路图4 由BTN7971构成的H桥电机驱动电路实物图单片机产生2路PWM输出作为两片BTN7971的控制信号，同时要求PWM0、PWM1不能同时为高电平。采用定时器输出硬件PWM脉冲，使得单片机CPU只在改变PWM占空比时参与运算，这样可大幅减轻系统运算负担和PWM软件编程成本。线性稳压器具有输出电压恒定或可调、稳压精度高的优点，但是由于其线性调整工作方式在工作中会造成较大的“热损失”，导致其电源利用率不高、工作效率低下，不易达到便携式设备对低功耗的要求。因此为保证较高的电源利用率，舵机驱动采用LM2596开关型稳压芯片实现，它可以提供3 A以上电流，驱动强劲。图5给出了舵机驱动方案。由于舵机型号为MG995，其工作电压为50 V70 V。因此舵机