（机械电子工程专业论文）环境温度监测机器人的设计与实现.pdf

旺- ii 二 西华大学学位论文独创性声明 l i i i ii 1i i iiiii1 1 11i ijjil 17 5 0 4 8 0 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 凭尊文作者签名：牙、渗汊 嗍： 赫歹 指导教师签名：刨 日期御- 占7 7 兮 故哆 一纸 弗 鲐叫 瞅 峨 用波咖荆笺 各 j 吠 撕 华 西华大学硕士学位论文 摘要 随着科学技术的发展，机器人的应用已经从实验领域扩展到军事领域及人们的日常 工作和生活之中。在某些特定环境下作业，诸如太空环境检测及资料搜集、核污染或具 有核辐射的危险恶劣条件下的勘测等等，机器人都发挥出了其巨大的作用。 此系统本着“以人为本，兼顾效率的理念，将机器人、传感器、无线通信等技术 有机结合，实现了对煤矿或大型粮仓等场合的环境温度场的实时有效监测，为管理人员 提供了一种便捷的管理手段。 本课题主要完成上位机( p c ) 数据库的建立，机器人的结构及其控制设计，以及温 度采集。上位机与机器人之间以无线收发模块为纽带进行信息的交互。其中，收发模块 是基于n r f 9 0 5 射频收发芯片，微控制器为a t 8 9 c 2 0 5 1 。而智能控制软件部分，采用 v b + a c c e s s ，实现系统控制的各种功能，温度采集芯片选用d s l 8 8 2 0 和非接触式红外 温度传感器m l x 9 0 6 0 l e z a c a a ，用于温度采集及机器人运动控制的芯片选型为 p h i l i p s 公司的c p l 2 1 0 6 。 通过对系统的测试、及相关试验证明，本课题“环境温度监测机器人的设计与实现”， 整体结构设计正确，各功能模块的软硬件设计、选型和搭建符合设计要求；智能控制软 件界面友好，操作简单，运行稳定，基本满足应用需求。 关键词：环境温度监控；机器人；非接触式红外温度传感器；n r f 9 0 5 环境温度监测机器人的设计与实现 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h er o b o ta p p l i c a t i o na l r e a d y e x p a n d e d f r o mt h ee x p e r i m e n t a ld o m a i n t ot h em i l i t a r yd o m a i n 、p e o p l e sr o u t i n ew o r ka n dt h e l i f e u n d e rc 宅r t a i ns p e c i f i ce n v i r o n m e n tt h ew o r k , s u c ha st h eo u t e rs p a c ee n v i r o n m e n t e x a m i n a t i o na n dt h em a t e r i a lc o l l e c t i o n ，t h en u c l e u sp o l l u t i o no rh a sn u c l e a rr a d i 撕o n d a n g e r o u su n d e re x t r e m ec o n d i t i o ns u r v e ya n ds oo n ，t h er o b o t sp l a y e d i t sv e r yi m p o r t a n t r o l e n l i ss y s t e mn o to n l yc o n s i d e ro fh u m a n i s tb u ta l s oe f f i c e n c y 1 1 1 i si d e al i n k sr o b o t t e c h n o l o g y , w i r e l e s sc o r r e s p o n d e n c e , s e n s o ra n d s oo n i th a sr e a l i z e dt o i n s p e c t t h e t e m p e r a t u r eo fc o a lm i n eo rl a r g e - s c a l eg r a n a r ye n v i r o n m e n t a n di to f f e r e dac o n v e n i e n t e f f i c e n tm o n i tm e t h o df o rt h ea d m i n i s t r a t i v ep e r s o n n e l 1 1 l i si s s u ew a sc o m p l i e df o rp cd a t a b a s e ，t h er o b o ts l r u o t u r ea n dc o n t r o ld e s i g n , a n d t e m l ) e r a t u r ea c q u i s i t i o n b e t w e e nt h eh o s tc o m p u t e ra n dt h er o b o tt h e r ei saw i r e l e s s t r a n s c e i v e rm o d u l e so fi n f o r m a t i o ni n t e r a c t i o n , w h i c hi sb a s e do nn r f 9 0 5r f - t r a n s c e i v e r t h e m i c r o c o n t r o l l e ri sa t 8 9 c 2 0 51 皿ei n t e l l i g e n tc o n t r o ls o f t w a r ec o m p o n e n t s ，u s i n gv b + a c c e s s ，t oa c h i e v es y s t e mc o n t r o lf u n c t i o n s ，t e m p e r a t u r em e a s u r e m e n tc h i pu s e dd s18 8 2 0 a n dn o n c o n t a c ti n f r a r e d t e m p e r a t u r e s e n s o rm l x 9 0 6 01e z a c a f o rt e m p e r a t u r e a c q u i s i t i o na n dr o b o tm o t i o nc o n t r o lc h i ps e l e c t i o nf o rt h ep h i l i p sc o m p a n yc p l 210 6 ， s o f t w a r ep r o g r a m m i n gu s i n gt h eo p e r a t i n gs y s t e mf o rt h eu c | o si i b yt e s t i n gt h es y s t e m ，a n dr e l a t e dt e s t sh a v es h o w nt h a t t h et o p i c ”e n v i r o n m e n t a l t e m p e r a t u r em o n i t o r i n gr o b o td e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n ”，t h eo v e r a l ls t r u c t u r a ld e s i g ni s c o r r e c t , t h ef u n c t i o n a lm o d u l e so fs o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g n s e l e c t i o na n dc o n s t r u c t i o n m e e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s ；i n t e l l i g e n tc o n t r o ls o f t w a r ei n t e r f a c ef r i e n d l y , s i m p l e , s t a b l e , b a s i ct om e e ta p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：t e m p e r a t u r em o n i t o r i n g ；r o b o t ；n o n - c o n t a c ti n f r a r e dt e m p e r a t u r es e n s o r , n r f 9 0 5 西华大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第l 章绪论1 、 1 1 研究背景以及当前现状1 1 2 研究的主要内容。2 第2 章系统的总体设计2 2 1 系统的总体设计思路及目标2 2 2 系统的总体构架3 第3 章上位机数据库的建立于监控界面的设计一4 3 1a c c e s s 数据库的特点4 3 2a c c e s s 数据库的建立5 3 3v i s u a lb a s i c6 0 监控界面的设计6 3 3 1 人机界面的设计7 3 4 基于v b 的监控界面与a c c e s s 数据库的链接。8 第4 章轮式机器人总体设计1 1 4 1 轮式机器人控制系统设计1 1 4 2 微控制器选型1 2 4 3 机器人结构设计1 3 4 4 直流电机的选型及其驱动电路设计15 4 4 1l 2 9 3 简介及其应用1 5 4 4 2 电机调速电路设计1 6 4 4 3 机器人运动学模型的建立1 7 4 4 4 运动控制参数的确定2 1 第5 章实时温度采集系统的设计2 2 5 1 温度传感器的选型2 1 5 2m l ，x 9 0 6 0 l 红外测温模块简介2 2 5 3m l x 9 0 6 0 1 e k ac a a 的特性：2 4 5 4 新型数字温度传感器d s l 8 8 2 0 介绍。3 0 5 4 1d s l 8 8 2 0 的主要特点3 l 5 4 2d s l 8 8 2 0 应用电路3 6 第6 章无线通信模块的设计。3 9 6 1 无线通信芯片选型3 9 m 环境温度监测机器人的设计与实现 6 2 单片射频发射器n r f 9 0 5 介绍：3 9 6 3 无线通信模块硬件电路设计4 6 6 4 无线通信模块软件设计4 8 6 4 1 无线通信协议设计5 2 6 4 2 无线通信收发程序设计5 4 第7 章系统仿真5 9 7 1 系统的原理电路5 9 7 2p r o t e u s 简介6 1 7 3 仿真6 2 第8 章总结和展望6 4 参考文献6 5 致谢6 8 i v 西华大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景以及当前现状 研究背景： 移动机器人是一个集环境感知，动态决策与规划，行为控制与执行等功能于 一体的技术密集智能体【l 】。移动机器人已在机器、电子、纺织、卷烟、医疗、造 纸、食品等行业得到广泛应用，尤其是在高污染( 核污染、化学污染) 和恶劣环境 中( 高噪声，低温) 发挥重要作用，大大降低了工作人员的工作强度，提高了工作 人员的作业安全。 智能监控机器人是近年来机器人应用工程中一项前沿性的题目。因为目前在 大多数场合采用的监控系统都是单一固定的形式，这样其灵活性和实时性就无法 得到提高，并且也存着监控死角，安全性也受限。在此背景下，能够自动移动， 具有智能的监控机器人可以克服以上的缺点。随着智能机器人的发展，政府和科 研机构也大力支持研究这类机器人。智能监控机器人可以方便地进入各种场所， 并对其所在环境进行某些数据的采集和监控，使得工作变得和谐而轻松，可以说 智能监控机器人拥有广泛的应用前景【2 】。 现状： 温度监测机器人通常用的是接触型和非接触型传感器来采集温度信号，无触 点红外温度传感器技术在国内外温度监测系统中已经得到遍应用。8 0 年代国家 高新技术计划中安排了智能机器人的研究开发，包括水下无缆机器人、高功率装 配机器人和多种特种机器人，进入了智能机器人系统结构、机构、控制、人工智 能、机器视觉、高性能传感器及新材料等应用研究，特别是在智能监控方面的应 用研究，尤为突出，取得了一批成果。9 0 年代我国开发下列机器人及相关技术 ( 1 ) 机器人 ( 2 ) 点弧焊机器人 ( 3 ) 装配机器人 智能监测机器人是随着后来的传感器和通信技术得迅猛发展，才迅速发展起 来的。 在国外，美国和日本式机器人技术处于前端的国家【3 】 日本的工业生产自动 化成度高，机器人应用领域广，机器人及传感器技术被广泛用于电网、铁路、桥 梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等方面，并且被普遍连接，形 成所谓“物联网”。在这一方面，中国存在一定的差距【4 】。 环境温度监测机器人的设计与实现 1 2 本文的主要研究内容 本课题将无线通讯、传感器技术与机器人技术相结合，并将其应用于温度检 测领域，建立起一个多技术融合的环境温度监测系统。 途径和技术路线：传统的温度监测机器人一般只对被测物的温度进行采样， 这种方法测量的误差较大，因为，所得的数据要受环境温度影响，有较大偏差， 此外，用红外测量温度时，由于物体不是真正的黑体，所以所测温度与黑体定律 的理想情况下的温度数据又有所出入。该机器人能监测环境温度还可对不便接触 的物体测温，并对温度过热有报警功能。传统的温度测量中，只是将所得的采样 值与预设的固定的预警值做比较，这样来判断是否有温度异常情况发生，例如： 过热现象但由于温度测量的存在滞后性，因而当发生异常之时，故障已经出现， 人们所做的只是亡羊补牢。 机器人的m c u 采用飞利浦低功耗的l p c 2 1 0 6 ，直流3 3 v 电源供电。机器 人( 下位机) 完成数据采集和简单的数据分析，它有较强的抗干扰能力和数据吞 吐量。温度的采集用红外辐射温度传感器，它的精度高，且不用直接接触被测物 体，寿命长。上位机( p c ) 主要的主要工作是：负责相关数据的处理和温度预 警。在上位机建立机器人的操作界面，该界面同时与a c c e s s 数据库相连，数 据库存放日期和有效温度等信息，这样使相关重要信息有可追溯性。上位机和机 器人的通讯采用基于n r f 9 0 5 的无线收发模块进行通讯，在理想情况下，传输的 可视有效距离在5 0 0 m 以上。 第2 章系统的总体设计 2 1 系统的总体设计思路与目标 系统为了满足安全可靠，有足够抗干扰能力，经济合理，方便使用的设计要 求，采用了模块化设计思想所以采用模块化设计方法，将整个系统分成四个部分， 以下是各部分的划分及其功能。 ( 1 ) 上位机信息存储及控制部分：该部分由a c c e s s 数据库和v b 通信界面 组成，a c c e s s 表中存储温读和日期时间等信息，v b 界面负责机器人控制命令 的发送，且与数据库相连，同时，上位机程序还负责对温度数据的进一步处理。 ( 2 ) 基于n r f 9 0 5 的无线通信模块，该模块是在系统中式成对出现的，其一 与p c 机u s b 口相连，另一个与机器人的串口相连，负责上下位机的信息交互。 ( 3 ) 机器人结构模块：主要是机器人结构设计，其中的主要部分包括驱动模 块，电源模块等。 ( 4 ) 数据采集模块：该模块由两部分组成，一个模块是基于d s l 8 8 2 0 的一 线总线温度采集模块，另一个是基于红外温度数据的采集模块，两个模块都共用 2 西华大学硕士学位论文 一个下位机控制器c p l 2 1 0 6 。 环境温度监控机器人属于一个智能体，在智能终端完成数据的分析处理和存 储，通过信息交互对机器人的移动及数据采集等进行远程控制，及时掌握温度信 息变化情况等信息，提高了工作人员的工作效率，同时注重系统的实用性、可靠 性和开放性。 实用性：以实用性为系统搭建与实施的重要原则，使系统与用户的交互性好， 操作容易，步骤简单，同时能满足系统的实际需求。 可靠性和易维护性：为满足系统需求的最终目标，必须能保证系统能长期可 靠运行。同时要求系统具有良好的可维护性。 开放性：由于应用需求和系统功能的复杂性，未来的系统必然是一个复杂的 大系统和典型的异构环境。因此，对节电设备必须强调和注重系统的开放性，使 系统可以根据需要，方便地扩充、修改、调整和升级，避免设备资源浪费。 2 2 系统的总体构架 采用模块化设计可以使系统结构清晰，容易设计也容易管理和修改，方便系 统测试和调试，有助于提高系统的可靠性和可修改性下面是系统的模块框图： 上位机( p c ) ，在这个平台建立 a c c e s s 数据库，v b 操作界面负责上 位机和下位机的信息交互( 包括来自下 位机的温度，日期信息的入库、机器人 移动的控制，温度采集的开始与停止) 下位机( 微控制器为l p c 2 2 0 0 ) 功能：根据上位机指4 - 1 丸行相关的动 作，包括机器人移动，数据采集、数 据初步分析与处理等。 接触式温度采 集模块，负责 采集环境温度 非接触式温度 采集模块，负 责被测对象表 面温度采集 基于r t r t 9 0 5 的无线收发模块， 微控制器为5 l 单片机，物理上 直接与p c 机的u s b 口连接， 基于n r f 9 0 5 的无线收发模块， 与下位机共用a r m 7 微控制器。 负责信号传输，物理上直接与下 位机连接 图2 2 1 系统总体框图 f i g 2 2 1o v e r a l ls y s t e md i a g r a m 3 环境温度监测机器人的设计与实现 第3 章上位机数据库的建立于监控界面的设计 数据库的种类很多，主要有o r a c l e 、s q ls e r v e r 、d b 2 、a c c e s s 等，它们 各有优缺点。o r a c l e 安全性高，功能强大，但其开发时间长，比较适用于大型 数据库建立，且价格昂贵；s q ls e r v e r 功能较全，开发相对简单，但体积较大， 占用的内存大，d b 2 能在所有主流平台上运行( 包括w i n d o w s ) ，最适于海量数 据，a c c e s s 虽然也存在着许多缺点，例如：数据量达到5 0 m 以上时，系统的性 能会急剧下降，但其开发时间短，界面友好容易操作，非常适合小型的数据库。 在本设计中，由于数据量比较小，而且对安全性要求不高，结合本实际需求与数 据库自身的特点，选择用a c c e s s 建立数据库。 3 1a c c e s s 数据库的特点 m i c r o s o f ta c c e s s 一直是w i n d o w s 平台上最优秀的数据库管理系统之一， 也是目前市场上最杰出的数据库系统之一【5 】。继m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 2 之后， 微软又推出了功能更为强大的m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 3 。 m i c r o s o f ta c c e s s 是一个功能全面的数据库管理系统，拥有大量工具和特 性，其界面操作简单，易于使用“帮助 系统和向导使各种操作变得非常容易。 a c c e s s 数据库中包含表、查询、窗体、报表、页、宏和模块的等数据库对象。使 用a c c e s s 既可创建通讯簿。c d c d 收藏等个人使用的简单数据库，也可以创 建公司人事管理系统等复杂数据库。与s q ls e r v e r 结合，还可以创建真正的客 户服务器数据库应用程序。a c c e s s 在与其他o 佑c e 组件，如w o r d 、e x c e l 和 i n f o p a t h 等，在许多特性上保持一致，使用户更容易学习和操作，也可方便地在 o 伍c e 组件间进行数据交换。 3 2a c c e s s 数据库表的建立6 3 在本系统中，数据库表作为一个存储介质，其主要的存储数据包括三个部分， 其一是实时时间，第二是在当前实时时间下由d s l 8 8 2 0 测得的环境温度，第三 部分是由红外温度传感器测得的温度。所以，在这个表中，需要三个字段，它们 的字段名分别是：日期，d s l 8 8 2 0 实测温度，红外实测温度。下面简述表建立 的步骤。 首先打开m i c r o s o f ta c c e s s 在“文件”的下列列表框中选择“新建”，在对 话框的右边，左键点击空“数据库之后会弹出存储对话框，选择存储路径和文 件名后点击“创建，之后便会出现如下对话框： 4 西华大学硕士学位论文 图3 2 - 1 创建表( a ) f i g3 2 - 1c r e a tt a b l e ( a ) 点击“使用设计器创建表”，之后弹出对话框，在“字段名称”一栏下的空 白框中输入字段名并选择所在字段的数据类型，如下所示： 图3 2 - 2 创建表( b ) f i g3 2 - 2c r e a tt a b l e ( b ) 关闭该对话框后会弹出表名设置对话框，如下所示： 图3 2 - 3 创建表( c ) f i g3 2 - 3c r e a tt a b l e ( c ) 输入表名后，点“确定 ，这个表就建立起来，接下来就可以对它进行操作 了，这里的表名为：温度监测机器人实时数据表，在下面的对话框中，可以看到 已经建立起来的数据表。 5 环境温度监测机器人的设计与实现 图3 2 4 创建表( d ) f i g3 2 - 4c r e a tt a b l e ( d ) 3 3vis u aib a sic6 0 的特点及监控界面的设计 随着i n t e r a c t 技术的迅猛发展，m i c r o s o f t 公司推出了a c t i v e x 技术，并将 其加入到v i s u a lb a s i c5 0 版本中，在1 9 9 8 年，m i c r o s o f t 公司推出了v i s u a lb a s i c 6 0 版本，这一版本得到了很大的扩充和增强。它引入了使用部件编程的概念， 实际上这是对面向对象编程思想的扩展。在本系统中用到的v i s u a lb a s i c6 0 。迄 今为止，v i s u a lb a s i c6 0 已经发展成为快速应用程序开发工具的代表。 v i s u a lb a s i c6 o ( 简称v b ) 具有以下主要的功能特点【l 】 ( 1 ) 可视化 v b 是可视化的程序设计语言，有“所见即所得”的特点。开发人员只需对 屏幕布局，用系统提供的工具直接在屏幕上“画出窗口、菜单、按钮、滚动条 等不同类型的对象即可。 ( 2 ) 面向对象 v b 采用了面向对象的程序设计思想。它的基本思路是把复杂的程序设计问 题分解为一个个能够完成独立功能的相对简单的对象集合。 ( 3 ) 事件驱动 在w i n d o w s 环境下，程序是以事件驱动方式运行的，每个对象都能响应多 个不同的事件，每个事件都能驱动一段代码事件过程，该代码决定了对象的 功能。通常称这种机制为事件驱动。事件可由用户的操作触发，也可以由系统或 应用程序触发。 ( 4 ) 沿用结构化程序设计的思想 v b 具有丰富的数据类型，是一种符合结构化程序设计思想的语言，而且简 单易学。此外作为一种程序设计语言，v b 还有许多独到之处。 ( 5 ) 易学、易用的集成开发环境 v b 为编程提供了一个集成开发环境。在这个环境中，编程者可设计界面、 6 西华大学硕士学位论文 编写代码、调试程序，直至把应用程序编译成可在w i n d o w s 中运行的可执行文 件，并为它生成安装程序。v b 的集成开发环境为编程者提供了很大的方便。 ( 6 ) v b 支持多种数据库的访问， v b 利用数据控件可以访问多种数据库”v b6 o 提供的a d o 控件，不但 可以用最少的代码实现数据库操作和控制，也可以取代d a t a 控件和r d o 控件。 ( 7 ) 联机帮助功能 ? 。“ 在v b 中，利用帮助菜单和f 1 功能键，用户可随时方便地得到所需要的帮助 信息。v b 帮助窗口中显示了有关的示例代码，通过复制、粘贴操作可获取大量 的示例代码，为用户的学习和使用提供方便。 3 3 1 人机界面设计 。 在人机界面设计上，采用的是设计应用工具v i s u a lb a s i c6 0 ，在界面上包 括机器人运动控制、实时温度显示、状态指示、报警和退出共5 个模块，界面外 观如图所示： 图3 3 1系统人机界面图( a )， f i g3 3 1 l a n - m a c h i ni n t e r f a c e ( a ) 机器人运动模块主要是控制机器人的运动，在启动时，机器人处于停止状态， 7 b ， ，警 环境温度监测机器人的设计与实现 此时温度采集模块是不工作的，当机器人的姿态调整好之后，开始采集温度数据， 并将采集的温度做出如下处理： ( 1 ) 当该次采集结果与上次采集结果不同时，刷新显示界面并将结果存入数据库 的表中。 ， ( 2 ) 当此次采集结果与上次采集结果相同时，不刷新界面，温度数据也不入库。 温度状态指示包含两方面的意思，即环境温度异常和被测对象温度异常，无论是 哪种情况， 指示灯都会由原来的蓝色变成红色。 正常工作情况下的界面如系统人机界面图( b ) 所示： 环境温度j 2 2 3 黼朝f 对象温赝i ? j7 ，。一 温度状态指示圈 j j 列p 速孙，s； 型产糯转弯半径c m +j 型霉刖i 退出 | 图3 3 - 1系统人机界面图( b ) f i g3 3 - 1m a n - m a c h i ni n t e r f a c e ( b ) 3 4 基于v b 的监控界面与a c c e s s 数据库的链接 v i s u a lb a s i c6 0 中的数据库编程就是创建数据访问对象，这些数据访问对象 被用来访问物理数据库的不同部分，如数据库、表、字段和索引等，同时这些对 象的属性和方法来实现对数据库的操作，一般在v i s u a lb a s i c 窗体中使用绑定和 非绑定控件来显示操作结果并接受用户输入。 8 ( 3 ) a c t i v e x 数据对象( a d o ) t ， 本系统中用到的是第三种，即a c t i v e x 数据对象( a d o j ；。使用a d o 进行 数据库编程一般分为以下几个步骤：连接数据源、执行命令、使用记录集操作数 据库和关闭数据库。 连接数据源 。 、 连接数据源是使用a d o 编程的第一步。其关键是创建一个该行关键信息的 链接字符串，这可以通过打开一个c o n n e c t i o n 对象来实现。 执行命令 建立了与数据源的连接后，就可以执行命令来实现对数据库的操作。有三大 命令：s q l 语句、表名和存储过程。命令可以通过使用一系列参数来控制工作 进程和方式，也可以返回包含从数据源中检索得到的一系列数据行的r e c o r d s e t 对象。 、h 。 使用记录集 t r e c o r d s e t 对象是访问数据库中存储数据的一种方式。记录保留了一个指向 当前数据行的指针，这个指针可以通过使用对象中不同方法来加以控制。为了说 明a d o 的实用方法，下面进行进一步的描述。 f 要想将添加对a d o 对象的引用，可以按照以下步骤操作。在菜单中一次选 择”工程”一“引用”，之后会出现一对话框，在对话框“可用的引用”列表复选 框中选择“m i c r o s o f t a c t i v e xo b j e c t2 5l i b r a r y 选项，然后确定，即可完成对 a d o 的引用。 一 为了能够在程序中使用a d o 对象，如c o n n e c t i o n 对象、r e c o r d s e t 对象等， 首先要声明这些对象，申明语法如下： f 1 一d i m c o n na s n e wa d o d b c o l m e c t i o n 一? ”。一w 。4 8 一”甲一零一4 一 水 。，d i m r 。s 。，。a s n e w a 。d o d b r e c o r d s e t 。，。，、_ 。，赢知锄。：，一痉 为了连接到数据库，应该使用c o n n e c t i o n 对象的o p e n 方法，程序代码 d i m c o n n e c t i o n s t r i n g a s s t r i r i g 。 。 一一 7 j c o n n e c t i o n s t r i n g = ”p r o v i d e r 2m i c r o s o f t j e t o l e d b 4 0 ；p e r s i s ts e c u r i t yi n f o2 ； f a l s e ；d a t as o u r c e = ”& ”f ：温度检测机器人实时信息m d b ”：； g ? 衄o ，p e nc o m ) e c t i o n s t r 。i n g ，l 。藏：如妊：“一。越蟊。，。盹。囊赫龇。魅赋溉。缸“。， ，。 ，k o 矗批 她埘“缸二蠡。椭i 一龇& 函，# 冉弦tt 幽n o ￥声一二，如t 赫蒜虫k o ，。蠕垫滞k d 爨二= * ；”轴堪 为了获得数据行集，应该首先定义s q l 命令语句，然后使用r e c o r d s e t 对象 o p e n 方法执行该一s q l 语句并获得数据行集，程序代码如下： 。 r 9 环境温度监测机器人的设计与实现 8 ：r s o p e n ”s e l e c t * f r o m 温度监测机器人实时数据表”，c o r m ，a d o p e n s t a t i c ， + 餐 基皿o e 墨9 p t i m i $ e 墒浅五泌。“3 龇。越。波：纽。厶。如菇勰甜。础。纰娥：娩二越- 蝴盐诎篮“一 ，氆纽江盆岱妞蔷岱出妇b 瞄城趣洫锄讯镒“盘氛。幽_ 知娥垴啦 心粼姒。矗蕊盔让茁螽轧龇似盈k - 凸k “酬暾i 幽珥 获得数据行集后，就可利用r e c o r d s e t 对象的各种方法和属性操作数据库或 从数据库中获取相关信息。 ： 下面用一个c o m m e n d b u t t o n 控件的v b 程序，实现与a c c e s s 表的连接。 矿节8 w “甲”叼7 啊7 獬 叫髀州伊唧妒孵碍呵研! ”孵肾嘲勰释卿黟! 尹竹 爹r i v a t es u bc o m m a n d ls l i c k 0 多 d hc o n na sn e wa d o d b c o n n e c t i o n f d i mr sa sn e wa d o d b r e c o r d s e t 秽w 8 ”缈嘲霪 遵 o 衄o p e n ”p r o v i d e r = m i c r o s o f t j e t o l e d b 4 0 ；d a t as o u r c e = f ：温度监测m d b ” s q l = ”i n s e r ti n t o 温度监测机器人实时数据表( 日期，d s l8 8 2 0 实测温度，红外实测； 温度) v a l u e s ( n o w , 3 7 0 ，3 7 5 ) ”* ! 垂j 唑_ e x e c u t e 曼1 9 ：l 龇塾重量亘! 熟鋈考陵怂望薹。诚。；础速。泓涮一。玉如矗 程序代码说明： d i m 语句用于声明a d o 的c o n n e c t i o n 对象和r e c o r d s e t 对象。数据库“温 度监测m d b “文件存放在f 盘下。s q l 语句的作用是在日期、d s l 8 8 2 0 实测温 度、红外实测温度三字段分别插入时间数据、温度数据1 ，温度数据2 。在系统 编程时，温度数据由下位机传到上位机程序的全局变量中，程序中的两个温度数 全局变量提供。v b 中的“n o w “函数可以从p c 上获得系统的日期和时间， 入库后，打开数据库表，如下图所示： l p 疋! 隧滏颡嚣嚣嚣篓魏纛：五薹；纛。二矗j 毫毒；。，0 _ ，：一lr n l x l ! ；o 文件迎) 编辑哩)视图也)插入q )格式 )记录遥) ：i 帮助迅) 占! 垂蟛， 日墨，啻溘争l 箍硒愚i 一f 丧f 曼li ll 黟彦 编号1日期d s l 8 8 2 0 实坦l j 温蒯红外实测温度 。矿12 0 1 0 4 一1 91 0 ：1 5 - 3 0 53 t 5 22 0 1 0 4 1 91 0 ：1 5 1 4 1；2 3 1 32 0 1 0 4 1 91 0 ：1 51 4 13 1 9 42 0 1 0 4 1 91 0 ：1 51 4 14 0 6 5 12 0 1 0 - 4 1 91 0 ：1 5 1 44 0 6 62 0 1 0 4 1 91 0 ：1 5 ，1 4 94 0 6 t2 0 1 0 - 4 - 1 91 0 ：1 61 4 84 0 6 、82 0 1 0 - 4 - 1 91 0 ：1 61 4 84 0 6 92 0 1 0 4 1 91 0 ：1 6 i1 4 84 0 6 图3 4 - 1 时间及温度数据入库图 f i g3 4 - 1t i m ea n dt e m p e r a t u r es t o r g e 1 0 西华大学硕士学位论文 第4 章轮式机器人总体设计 随着机器人技术的发展，移动机器人应用领域的不断扩大，对移动机器人的 性能提出了更高的要求。具有开放式结构、模块化以及标准化运动控制系统的研 究对提高机器人性能和自主能力、推动机器人技术的发展具有重大意义【7 】。此外， 移动机器人工作环境的复杂性将同样使移动机器人的机械结构设计不容忽视。因 此，如何进行控制系统及机械结构的合理设计，使移动机器人能够对复杂的环境 进行自主的分析、判断和决策，并实现快捷、安全、自由移动，将是一项富有挑 战性的研究工作。本章将主要研究轮式移动机器人的控制系统设计、实现功能以 及对系统各组成部分的简要介绍，此外，还将介绍机械结构的设计及其运动学模 型的建立。 4 1 轮式移动机器人控制系统设计 在移动机器人系统的总体设计中，控制系统的设计尤为重要，是移动机器人 的核心部分，其性能直接决定了整个机器人系统智能化水平的高低，移动机器人 的各种功能的实现都是在控制系统的统一协调下完成的，同时也决定了整个机器 人系统的功能特点和可扩展性1 8 j 。本课题的移动机器人的控制系统采用分级控制 结构归1 ，即将控制系统分为3 层，即：决策层、组织协调层和执行层。3 层之间 采用接口参数进行彼此联系，使得整个系统运行更加准确、稳定，其控制系统结 构框图如3 1 所示 图4 卜1 移动机器人控制系统框图 f i g4 1 1 m o b il er o b o ts y s t e md i a g r a m 协调组织层的核心是微控制器，是将各个子系统反馈的信息，进行必要的组 织处理后，发送到决策层；并根据决策层做出的决策规划，把任务分配给各个子 系统。协调组织层是综合考虑机器人自身各种机电参数与运动方式控制之间关系 的协调层，是保证决策指令得以迅速、准确执行的关键所在 2 3 1 。协调组织层根 据决策层提供的动作指令，结合机器人自身的运特性、电机特性等信息，给出能 够实现决策系统动作指令的最佳驱动方案。 1 1 环境温度监测机器人的设计与实现 执行层是根据协调组织层输出的期望值形成相应的控制量，驱动相应的电机 工作，完成机器人的运动控制。执行层的核心部分是电机的运动控制，是保证机 器人可靠运行的机电系统。整个控制系统中的下位机主要由以下几个子系统组 成：微控制器控制子系统、温度采集系统及电机驱动子系统。结合上位机上的控 制界面，可以使该系统实现移动机器人的手动运行和温度数据采集及其存储功 能。 4 2 微控制器选型 微控制器是指随着大规模集成电路的出现及发展，将c p u 、r a m 、r o m 、 看门狗、定时器和多种u o ( 输入输出) 接口等功能单元集成在一片芯片上，形 成芯片级的计算机【姗。与c p u 相比，最大的特点是使p c 机单片化，体积大大 减小，功耗和成本下降，可靠性提高。移动机器人的微控制器是控制系统的核心 部分，将直接影响到控制系统的性能。因此，合理选用微控制器，对系统的设计 至关重要。在系统设计过程中，对微控制器的选取往往需要考虑诸多因素，本课 题下位机中的微控制器的选用依据主要是从以下两个方面考虑： ( 1 ) 类型： 目前国内外适用于移动机器人控制系统的微控制器有多种，如i n t e l 公司的 微控制器、m o t o r o l a 公司的微控制器、p h i l i p s 公司的微控制器，以及一些更高档 的1 6 位、3 2 位微控制器。因此，选取时须考虑与其他器件的相互兼容性，须在 高性能与低功耗之间进行很好的平衡，该种微控制器的片内资源应当较为丰富， 以减小电路板面积并提高系统的稳定性。此外，为便于扩展移动机器人的功能。 ( 2 ) 软件开发环境： 目前基于微控制器的开发环境已有多种，在开发语言方面，有只支持低级语 言进行开发的软件环境，也有支持低级与高级语言进行混合开发的软件环境等。 因此，选取微控制器的同时还须考虑所选类型的微控制器所适合的开发环境，该 软件环境应是比较成熟，功能比较强大，以便于应用程序开发和调试。 ( 3 ) 系统本身对微控制器的要求。在速度和集成功能方面，不同的微控制器有不 同的特点。 基于上述需求分析，考虑到本课题设计的移动机器人结构特点和功能要求， 选p h i l i p s 公司的微控制器l p c 2 1 0 6 ( a r m 7 ) 。 它主要特性有u ： a r m 7 t d m i - s 处理器。 1 2 8 k b 片内f l a s h 程序存储器，具有i s p 和l a p 功能。 向量中断控制。 双u a r t ，其中一个带有完全的调制解调器接口。 i i c 串行接口。 1 2 西华大学硕士学位论文 s p i 串行接口。 6