GPRS在机器人远程控制中的应用

1、邮局订阅号:82-946360元/年技术创新 机器人技术PLC 技术应用200例您的论文得到两院院士关注GPRS 在机器人远程控制中的应用The Application of GPRS in the rem ote control of robot(南京理工大学李胜吴益飞LI SHENG WU YIFEI摘要:针对没有无线局域网环境下的,移动机器人远程控制问题,本文提出了一种基于GPRS 技术的机器人远程控制方法,并在ASR 机器人上验证了该方法的可行性。利用该方法,用户可以在任何覆盖了GPRS 网络的地区,实现对移动机器人的超远程控制。关键词:GPRS;远程控制;移动机器人中图分类号:TP3

2、68文献标识码:AAbstract:Aimed at the remote control problem of a mobile robot in an environment without wireless local area networks,we proposed a remote control method through GPRS module and applied the proposed method on our ASR robot.The experiment on the ASR robot shows the effectiveness of the propo

3、sed method.Key words:GPRS,Remote Control,Mobile Robot文章编号:1008-0570(200703-2-0239-021引言随着无线通信技术的迅速发展,远程控制问题越来越受到了各国学者的关注。目前,有三种无线通信技术被应用到机器人的远程控制中,即:无线电技术、无线局域网、无线调制解调器。但是这些方法在不同程度上存在着缺陷,如无线电技术的最大通信距离只能到1000英尺左右,无线局域网也必须在局域网的环境下才能应用,无线调制解调器则适用于带有电话线的环境。因此以上三种方法均不适用于超远程的机器人控制。在本文中,我们提出了一种利用GPRS 技术的机器

4、人远程控制方法。众所周知,GPRS 是通用分组无线业务(GeneralPacket Radio Service 的缩写。利用GPRS 技术,我们能够在和任何在GPRS 网络覆盖地区的人通信,而不需要有线电话、局域网的支持。因此利用这项技术,控制者能够利用手机或带有GPRS 功能的手持设备实现对远程的机器人进行控制。本文的主要结构如下:第二部分说明了所提方法的硬件结构;第三部分说明了所提方法的软件结构;最后一部分给出了一些相关的结论和下一步的研究方向。2硬件结构我们所控制的机器人采用的是Windows XP 系统,因此只需要利用单片机技术设计一个通信单元扩展系统的通信功能。在这里我们采用的单片机

5、是美国德州仪器公司生产的MSP430F149系列单片机,并利用德国西门子公司生产的MC35i GPRS 模块作为我们的通信模块。整个硬件结构如图1所示。图1通信单元的硬件结构图2.1通信单元控制器考虑到通信单元的功能,我们选择MSP430F149作为我们通信单元的主控芯片。MSP430F149是一款集成了2个16位计时器、1个12位快速A/D 转换器、两个通用串行口(USART 、60KB Flash 、2KB RAM 和48个I/O 口的微控制器,使用该款控制器,我们能够在MSP430F149与ASR 机器人之间通讯的同时,实现MSP430F149单片机和MC35i 模块之间的通信。并且作为

6、通信单元的主控芯片,MSP430F149不仅要负责接收来自外部的命令并将其传给机器人,还要接收传感器的信息,并根据机器人的请求将其传给ASR 机器人。2.2扩展存储单元考虑到主控芯片中一些数据需要掉电保存,在这里我们选择Atmel 公司生产的AT24C16芯片作为我们通信单元中的扩展存储芯片。使用这个芯片,我们可以保存一些重要的数据,如授权号码等。AT24C16采用I2C 总线作为自己的数据接口,该总线包括了一条串行时钟线(SCL 和串行数据线(SDA 。时钟是通过总线上的主设备发出,数据则在数据线上串行传输。但是MSP430F149本身并不具备I2C 总线接口,因此,我们利用两个普通I/O

7、口来模拟一个I2C 总线,实现数据的读取和写入,李胜:讲师博士基金项目:江苏省博士后科研基金(0502027B239-技术创新中文核心期刊微计算机信息(嵌入式与SOC 2007年第23卷第3-2期360元/年邮局订阅号:82-946现场总线技术应用200例机器人技术MSP430F149和AT24C16之间的连接如图2所示。图2MSP430F149与AT24C16之间连线示意图2.3GPRS 通信模块在这个通信单元里,我们选择西门子公司生产的MC35i 作为我们的GPRS 通信模块。双波段的GSM /GPRS 模块MC35i 是一款有着广泛应用的模块,它可以用于移动电话、遥感勘测、远程信息处理等

8、多个领域,它的体积超小,便于安装。MC35i 在低功耗下,可以实现语音、数据、短信和传真等方式的传输。在GPRS 方式下,MC35i 能够实现永远在线和较高的数据传输速度。为实现与外部的数据通信,MC35i 提供了一个8线的非平衡异步串行通信接口。在传统的串行通信DCE-DTE 模式中,MC35i 被设计为一个DCE 设备,利用这个接口,我们可以很方便的实现MC35i 和MSP430F149之间的通信。3软件结构考虑到整个控制系统的结构与功能,我们采用较为可靠的客户机与服务器(C/S 结构作为我们这次总体软件的设计结构,其中服务器程序运行在ASR 机器人的Windows XP 平台上,客户机程

9、序运行在通信单元的主控芯片上,即MSP430F149上。3.1服务器程序服务器程序的功能主要是解释来自于通信单元的命令,将其转换成机器人能直接执行的行为控制命令,如“向前走”、“抬头”、“低头”等,然后再将这些命令发送给机器人上相关的进程,如运动控制进程、摄像机控制进程等。3.2客户机程序针对通信单元的功能,我们设计了如下的客户机程序流程图,如图3所示:图3客户机程序流程图从图3中,我们内可以看到该客户机程序主要有三种功能:考虑到机器人的安全控制,客户机程序在接收到来自MC35i 的新命令后,首先判断该命令是否来自于授权号码。如果该命令来自于授权号码,客户机程序会将其发送给ASR 机器人,否则

10、该命令将被丢弃。这个功能保证ASR 机器人只能被有限的几个授权号码控制,从而确保了控制的安全性。为了能将机器人自身的状态发送给控制者,或得到目前一些传感器信息,客户机程序应该能够接收来自于ASR 机器人的命令,并根据命令完成相应的功能。因为客户机程序只与一个ASR 机器人相连,因此此处不需要尽心安全验证。因为MSP430F149具有一个快速12位A/D 转换器,我们将其用作一个温度传感器的输入,主要用于检测ASR 机器人的内部温度,以判断是否超高,如果超高则需要停止其运行。同时,MSP430F149还具有很丰富的I/O 端口,这些端口被我们用于接收机器人的状态信息。在接收到读取状态信息的命令后

11、,客户机程序将这些信息反馈给ASR 机器人。4结论针对机器人远程控制问题,本文提出了一种基于GPRS 技术的远程控制方法,所设计的通信单元利用MC35i 模块,能够接收远程控制者发过来的命令,并在进行安全验证后将其发送给ASR 机器人。通过这个模块控制者能够利用手机和带有GPRS 功能的PDA 设备对机器人实现超远程的控制。实验表明,利用我们所设计的模块,能够很容易的实现机器人的远程控制。下一步,我们将考虑如何利用这个模块获取机器人的实时图像信息,以便于控制者能够及时观测到机器人所处的环境信息。本文作者创新点:首次采用由MSP430F149和MC35i 模块设计了通信单元,并用此通信单元实现了

12、对机器人的远程控制,并在此通信单元中引入了利用授权号码进行安全验证的策略,提高了机器人的安全防护功能。参考文献:1陆小锋,陆亨立,张芳琴.GPRS 与GPS 在汽车信息服务系统中的设计应用J微计算机信息.2005,21(2:188189.作者简介:李胜(1976-,男(汉族,江苏徐州人,南京理工大学讲师,博士,主要研究领域:移动机器人、远程网络控制;吴益飞(1979-,男(汉族,江苏镇江人,南京理工大学助教,硕士,现从事运动控制、嵌入式系统设计方面的教学和科研工作。Biography:Li,Sheng,male,born in 1976,doctor,research in Mo-bile Robot and Net Control System;Wu,Yifei,male,born in 1979,master,r