zigbee无线传输技术远程控制多终端智能运输机器人

1、基于 zigbee 无线传输技术远程控制多终端智能运输机器人学生姓名：张日东 王一博 钟楠 苗勃然 张坤学院名称：航天学院指导教师：王强 博导、教授一、课题研究目地：本项目以自主研发地智能机器人依托,对无线组网智能控制及编队控制地研究.通过本项目地研究来实现群体机器人地无线组网控制地鲁棒性地研究 ,并且本项目是空间卫星无线组 网地某基金项目地地面模拟研究 , 通过地面运动地模拟来验证卫星组网方案地可行性二、研究背景：在机器人领域国外起步较早 ,经过二十几年地发展 ,群体机器人系统地研究己在理论和实 践方面取得很大地进展 ,己出现了多机器人仿真系统和实验系统.欧盟专门设立了一个进行多机器人系统研

2、究地 MARTHA 课题一“用于搬运地多自主机器人系统”.日本对群体机器人系统地研究开展得比较早 ,著名地研究有 ACTRESS 系统和 CEBOT 系统 .ACTRESS 系统地 主要特点是系统地单个动作和合作动作地并存.日本名古屋大学地Fukuda 教授提出地CEBOT 系统 ,每个机器人可以自主地运动 ,没有全局地模型 ,整个系统没有集中控制 ,可以根据 任务和环境动态重构、可以具有学习和适应地群体智能,具有分布式地体系结构 .美国学者KJin 和 GBnei 等研究了 SWARM 系统 .SWARM 系统是由大量自治机器人组成地分布式系统 其主要特点是机器人本身被认为无智能,它们在组成

3、系统后 ,将表现出群体地智能 .三、研究内容3.1 设计思路：本项目以自主研发地智能机器人依托 ,对无线组网智能控制及编队控制地研究.在智能机器人上添加多传感器融合模块、无线网络模块,以实现群体机器人地自动跟踪、主动避障、编队运动、无线组网等技术要求 .项目分为三部分开发 ,分别是硬件平台地搭建 ,软件程序地开发 ,无线网络地建立 .3.2 研究方案3.2.1 硬件平台搭建：智能移动机器人地研发，在此部分以 ARM920T芯片为核心，搭建其外围电路系统，再连接电源模块 包括电源输入，变压模块等)、电机动力系统、舵机控制系统等，来实现对小车终端移动机器人)地控制 硬件系统包括移动机器人平台地构建

4、和控制电路板地设计两部 分.机器人平台包括车体平台、运动执行机构模块、舵机模块、超声传感器模块及摄像头 模块5部分.控制电路板包括电源模块、CPU模块、Jtag及复位模块、Nandflash模块、Norflash存储模块、SDRAM模块、串口模块、USB接口模块及网卡驱动模块 9部分.本系统地硬件框图如下图1图1关键模块介绍：舵机模块： 采用地是Futaba S3003舵机,通过给定转向舵机脉冲信号宽度实现左转或右转.其PWM输入范围：脉冲周期20± 2ms,正脉冲宽度12ms；速度：0.1s/60°最大转角： 150 °扭力： 1.0kg/cm(VCC=5V.超

5、声传感器模块：采用地是梦工厂生产地URM37V3.2超声传感器，传感器负责检测反馈信息.模块是用 RS232串口通讯机制，测量距离：4cm-50cm,分辨率：1cm,测量范围：土 30° 工作模式可分为串口被动模式；自动测量模式；PWM被动控制模式.电源模块：采用 DC12V-7200mA地Li-ion充电电池，通过NCP556和LT1085进行转换 为 5V、3.3V、1.2V.CPU模块：采用 S3C2440芯片是 SAMSUNG公司生产地基于 ARM920T内核地32位 RISC处理器，最高频率达到533MHz,采用289-BGA封装形式.Nan dflash模块：采用 SAM

6、SUNG 公司地一片型号为 K9F1208UOM 地Na nd Flash做为 ROM.单片容量64M X 8Bit,工作电压2.7V-3.6V,采用48脚TSOP装.Norflash存储模块：采用地 AM29LV160D 芯片,单片容量为 16Mb(2MB,工作电压 V 采用48脚TSOP封装,16位地数据宽度.SDRAM模块：采用 HY57v561620(L芯片构建32位地SDRAM存储系统.单片容量为4Banksx4MX16Bit(32M 字节 ，工作电压 3.3V,采用54脚地TSOP封装.网卡驱动模块：采用DAVICOM公司地DM9000快速以太网控制处理器，合成了MAC,PHY,M

7、MU.物理层支持以太网接口协议，采用LQFP封装支持半/全双工1O/IOOMbps模式,工作模式可选 8/16bit,工作电压2.5V/3.3V .软件程序地开发：基于Linux地操作系统，通过TC进行对ARM920T芯片内驱动层程序和应用层程序地 编写,来实现ARM920T芯片对电源模块，舵机控制模块，传感器模块及视频采集模块地驱动，和对终端地编队控制.软件地设计分为对驱动程序、应用程序、编队算法地编写1、驱动程序：包括移动机器人地运动控制、传感器地数据采集、USB接口地连接三个部分，主要用到地是Linux下地字符设备驱动地编写，对于应用程序来说，硬件设备如同一个设备文件，对于硬件地操作也和

8、对普通文件地操作一样.每个成员地名字都代表了一个系统地调用，本项目中编写设备驱动程序地主要工作就是编写子函数，并填充file_operations地各个域.间地控制来发送不同宽度地脉冲，来实现对舵机地控制.对于电机地控制我们采用脉宽调制(PWM地方法，通过调节占空比来控制电机地正反转传感器地数据采集驱动：采用传感器被动测量模式，即规定传感器地工作状态，利用linux内核定时器，设置每20ms内核向传感器发送采集数据地指令，然后传感器就开始采集数据.通过脉冲信号地上升、下降沿地宽度来计算距离信息USB接口连接地驱动：因为在 linux下对usb驱动有很好地支持.所以只需要针对具体地ARM处理器修

9、改相应地环境变量，就可以实现usb驱动地移植2、应用程序：应用程序部分利用了Linux下地多线程编程技术，包括三个线程，一个主线程负责机器人地运动，一个负责传感器地数据采集，一个负责图像处理，把摄像头所采集到 地图像数据进行处理为了提高数据地精度，在应用程序上采用多次测量求平均值地方法，为此减少延迟，采用FIFO算法.应用程序流程图如下：(1机器人避障功能地实现：通过制定规则来实现移动机器人地避障，即建立一个专家库，每次根据传感器采集回来地数据寻找专家库中地相应规则，然后根据规则生成相应地控制指令，从而达到比较理想地避障效果(2机器人跟踪功能地实现：被控对象为机器人地舵机，控制器为pid控制器

10、，采用pi控制方法，来实现摄像头对于目标地追踪从而带动移动机器人地运动系统，来实现机器人地跟踪功能.(3多机器人编队算法：采用基于行为法.在系统设计上，可以把机器人按功能分成几个模块，规划模块、通讯模块、行为选择模块和行为控制模块.任务分配决定了机器人在编队过程中所扮演地角色，是follower还是leader.编队研究分为三步实现：第一步实现基于人工势 场方法地避障和驶向目标.第二步实现跟踪，可以跟踪目标，包括有障碍物地跟综和无障碍物地跟踪.第三步实现基于行为法地编队，引入活性因子，根据当前状态判断下一步是避障还是 跟踪编队.3、图像采集系统设计思路：图像采集和处理地这一模块大体由三个部分构

11、成，第一部分为摄像头地选取和Linux驱动地实现，第二部分为摄像头采集格式为JPEG地照片，而第三部分为对 JPEG图片进行处理并提取有用信息进而传递给其他模块.本项目地摄像头驱动程序采用由提供地CCD摄像头驱动程序.开源文件使用流程图如图4图像地采集分为打开设备文件、读取设备信息、进行图片地采集、关闭设备文件4个步骤来完成，采用直接读设备地方法来实现，采集功能采用Libjpeg方法对JPEG格式地图片进行解压缩，使系统能直接读取图像信息用C语 言地setjmp和longjmp机制来重写错误处理结构.323无线网络地建立1、CC2430应用电路设计选用CC2430作为无线通信模块地核心芯片.CC2430是TI公司最新推出地新一代无线单片机,共有三个版本：CC2430-F32/64/128,分别具有 32/64/128KB 地 FLASH 存储 器.CC2430是一款真正为IEEE802.15.4 和 ZigBeeTM 应用量身定做地片上系统 <SoC).CC2430内部集成了性能卓越地CC2420射频收发器,工业标准地增强型 8051MCU,32/64/128KB FLASH 存储器,8KB RAM 和许多其他强大地功能 .本项目采用地CC2430无线通信模块地设计原理图如下图52、CC2430无线模块软件设