包志家

摘要：在這個智能化時代背景下，為了能夠更好地發(fā)揮出機器人的價值，文章主要設(shè)計了一個多功能的履帶式機器人，其是將手持移動設(shè)備作為主要控制端，控制方式采用分布式控制，而在這一整個系統(tǒng)當(dāng)中，單片機屬于核心，并且還擁有較多的功能模塊，上位機軟件則主要是在嵌入式Linux下運行，而對于移動手持設(shè)備和機器人之間的信息交互，則主要是利用了WiFi傳輸技術(shù)。通過這_系統(tǒng)，操作人員在實際使用過程中能有效地利用無線遠程對機器人移動情況進行監(jiān)控，更好地保障機器人應(yīng)用的效果。

關(guān)鍵詞：單片機；無線遙控；移動機器人

在社會不斷發(fā)展過程中，對于機器人的研究也是越發(fā)地頻繁，就目前機器人設(shè)計工作來看，無線遠程控制移動屬于設(shè)計研究熱點之一，因為這一項設(shè)計和研究能夠代替我們完成一些較為危險的行動，又或者是在一些較為惡劣的環(huán)境下工作。而在無線傳輸過程中，目前應(yīng)用較為普遍的就屬于WiFi技術(shù)，這一項技術(shù)在應(yīng)用過程中傳輸距離較長，并且網(wǎng)絡(luò)也十分地穩(wěn)定可靠，目前也成為人們生活以及工作中不可缺少的一項技術(shù)。本文在設(shè)計研究過程中，其核心主要是單片機，之后在履帶式小車基礎(chǔ)上加上六自由度機械臂、風(fēng)扇、攝像頭等功能模塊，最后利用WiFi傳輸技術(shù)來對機器人進行控制和監(jiān)控，并且設(shè)計出了一個基于單片機的無線遙控移動機器人，希望能夠?qū)⑵溆行У貞?yīng)用到各個領(lǐng)域當(dāng)中。

1 機器人硬件組成

在對機器人進行設(shè)計的過程中，本系統(tǒng)中主要是基于單片機來進行設(shè)計，設(shè)計過程中控制終端主要是使用了手持移動設(shè)備，WiFi這一技術(shù)的作用則是對控制對象進行遙控，以此來設(shè)計出了一個履帶式機器人。該機器人在控制過程中，要想實現(xiàn)控制這一目的，其主要是在控制過程中采用了分布式控制，核心則是STC89S52單片機，其次則包括了以下幾個功能模塊：小車電機驅(qū)動模塊、滅火模塊、機械臂模塊、電磁炮模塊、集成電源供電模塊、通信接口模塊、WiFi模塊、攝像頭模塊等。在整個系統(tǒng)當(dāng)中，單片機主要的作用就是接收傳感器的反饋信號，然后通過WiFi將所收到的信號傳輸?shù)绞殖忠苿釉O(shè)備當(dāng)中，操作人員則主要是利用手持移動設(shè)備來對其進行遠程控制，同時以此來作出相應(yīng)的決策，在這一過程中，其在手持移動設(shè)備中所獲得的指令還可以經(jīng)過單片機傳輸?shù)礁鱾€功能模塊當(dāng)中，從而就能確保機器人能夠完成相關(guān)任務(wù)要求。

1.1小車電機驅(qū)動模塊

在小車電機驅(qū)動模塊當(dāng)中，主要為其配置了2個直流電機，因為驅(qū)動小車電機本身需求功率較大，所以單片機在發(fā)出脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation，PWM）信號的過程中，還需要添加L298N驅(qū)動電路，這樣才能對小車實際情況進行有效的控制和把握。

1.2電源供電模塊

在對電源供電模塊進行設(shè)計的過程中，因為驅(qū)動小車電機這一模塊本身所需要的電流以及電壓等方面都明顯比單片機芯片需求要大很多，在這種情況下，本系統(tǒng)在實際設(shè)計過程中，其電源供電方式主要是采用了雙電源供電的方式。其中，小車電機供電電源主要是7.4 V電源，8 000 mAh屬于其電池容量，而單片機在實際供電過程中則主要是使用了5V電源，2 000 mAh屬于其電池容量[1]。

1.3滅火模塊

這一模塊在實際安裝過程中，主要是安裝在履帶式小車的正前上方，組成部位主要包括了風(fēng)扇、火焰?zhèn)鞲衅饕约榜R達，其中，光敏電阻屬于火焰?zhèn)鞲衅鞯暮诵模坏┕饷綦娮柙谑盏交鹧姘l(fā)出的近紅外波長之后，就會立馬出現(xiàn)高電平輸出現(xiàn)象，同時還會將所獲得的滅火信號反饋給單片機，而單片機就可以將這一信號傳輸給馬達，最終就能帶動風(fēng)扇使其高速旋轉(zhuǎn)吹滅火源。

1.4機械臂模塊

在這一模塊當(dāng)中，手腕、底座、手指以及手臂屬于其重要組成部分，在這4個組成部分當(dāng)中，只有手臂存在3個舵機驅(qū)動，而另外3個組成部分都只是存在一個舵機。微型伺服直流電機就是舵機，其在實際應(yīng)用過程中能夠左右旋轉(zhuǎn)180。，機端首末端2個手指還可以在舵機驅(qū)動下完成夾取動作。舵機接口主要是紅、黃、黑這三線接口，分別對應(yīng)著+5 V、控制信號、GND等端。

1.5攝像頭模塊

在無線遠程控制過程中，實時監(jiān)控屬于最為關(guān)鍵的一點，而在本研究設(shè)計當(dāng)中，對于機器人的單目視覺傳感器在實際設(shè)計過程中主要是選擇了CMOS圖像傳感器，這一傳感器具備其自身所獨有的優(yōu)勢，只需要使用一個電源就能將信號直接由光電轉(zhuǎn)換獲得，無論是獲得還是讀取方面都十分地快捷方便。之后就可以將所獲得的圖像或者是視頻應(yīng)用WiFi技術(shù)傳輸?shù)绞殖忠苿釉O(shè)備當(dāng)中，這樣就能有效地實現(xiàn)實時監(jiān)控這一目的。

1.6電磁炮模塊

在本研究當(dāng)中所使用的電磁炮主要是電磁線圈炮，其組成部分主要包括了100 m長合金銅炮管、5個并聯(lián)330 μF/450 V電容、LED電容電壓表、2砸銅線圈、可控硅以及DC500升壓器。一旦鋼珠發(fā)射電源，就會給環(huán)繞炮膛的固定線圈起到供電的作用，并且還會產(chǎn)生相應(yīng)的移動磁場，從而讓鋼珠內(nèi)部存在一個感應(yīng)電流，同時還能生成相應(yīng)的磁場，產(chǎn)生加速力；最后，在炮管整個長度上所存在的被加速的鋼珠，就可以及時有效地發(fā)射出去[2]。

1.7 WiFi模塊以及通信接口

在本研究設(shè)計當(dāng)中，對于信息交互這一功能，主要還是在于手持移動設(shè)備和單片機這兩者之間，而這兩者要想實現(xiàn)這一目的，就必然要利用WiFi技術(shù)，因為WiFi模塊本身功能就是加載了Openwrt系統(tǒng)的無線路由器，它連接攝像頭，同時還能通過這一模塊來接收控制命令。而單片機在實際應(yīng)用過程中就能利用通信接口來對小車電機、攝像頭、火焰?zhèn)鞲衅鞯饶K進行控制。

2 機器人軟件設(shè)計

2.1控制端軟件設(shè)計

在本研究中基于單片機的無線遙控移動機器人設(shè)計過程中，對于系統(tǒng)控制端的設(shè)計，嵌入式Linux系統(tǒng)的ARM開發(fā)板Tiny210屬于其關(guān)鍵軟件組成部分。嵌入式Linux本身就屬于一個小型操作系統(tǒng)，在應(yīng)用過程中具備較為顯著的優(yōu)勢，其在使用過程中需要的存儲空間也十分小，適合將其用在移植過程。而對于系統(tǒng)中的控制軟件，本研究在實際編寫過程中，所選擇的語言主要是C++，而開發(fā)環(huán)境則主要是選擇了Ubuntu下的QT Creator；套接字Socket編程則屬于機器人控制軟件，通過這一系列的控制端軟件設(shè)計，就能將客戶端和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)有效連接在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在這一過程中，控制端和控制對象這兩者一旦在無線路由器連接過程中屬于同一個，就可以直接在控制軟件當(dāng)中對IP地址以及控制端口號進行設(shè)置，如果控制端和控制端對象能夠成功配對，控制軟件人機交互界面中所存在的Qt Web View這一模塊就會直接接受mjpg流，也就是遠端視頻數(shù)據(jù)，從而就能有效地實現(xiàn)對移動機器人的實時監(jiān)控這一目的。

2.2嵌入式程序運行

如果要在ARM板中安裝控制軟件，在此之前一定要已經(jīng)搭建好嵌入式Linux系統(tǒng)的移植，因為其屬于控制軟件運行環(huán)境，只有具備這一項才能有效實現(xiàn)基于單片機的無線遙控移動機器人設(shè)計。針對這一點，首先在操作過程中，需要使用到SD-Flasher這一工具，而其主要的作用就是將Superboot燒寫到SD卡之中，在完成燒寫之后，還需要在SD卡當(dāng)中建立起images文件夾，在建立好之后就可以在這一文件夾當(dāng)中編寫電容屏的燒寫配置文件，這個時候ARM板，一旦在啟動過程中是以SD卡模式來進行，就可以直接進入USB下載模式，同時連接電腦；此時就可以將之前已經(jīng)編譯完成的文件系統(tǒng)映像通過友善之臂所開發(fā)出的MiniTools拷貝到ARM開發(fā)板的NAND Flash之中，之后將開發(fā)板重啟，對系統(tǒng)進行安裝。

2.3單片機程序設(shè)計

在對STC89S52單片機程序進行編寫的過程中，其開發(fā)環(huán)境主要就是Keil這一軟件，這一軟件本身和硬件系統(tǒng)存在一定的相似之處，單片機程序中會存在不同功能的一些子程序，比如說滅火、串口中斷、監(jiān)聽上位機指令等子程序。單片機在上電初始化工作之后，等待接受上位機的16字節(jié)數(shù)據(jù)包主要包括了4字節(jié)的類型位、4字節(jié)的包頭、8字節(jié)的數(shù)據(jù)位、4字節(jié)的結(jié)束位。

2.4系統(tǒng)調(diào)試

在基于單片機的無線遙控移動機器人設(shè)計過程中，對于系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試工作也是關(guān)鍵，而在進行這一項工作的時候，其主要是按照系統(tǒng)分布式控制設(shè)計理念來對各個模塊進行一個個聯(lián)調(diào)，在實際聯(lián)調(diào)過程中，首先需要對ARM開發(fā)板以及單片機是否能夠有效連接到網(wǎng)絡(luò)進行檢查，而后需要對ARM開發(fā)板的觸摸屏是否能夠準確接收到攝像頭視頻流進行檢查，同時還需要對攝像頭分辨率以及成像情況進行檢查和分析[3]。其次，還需要對調(diào)試接收到的不同機器人指令的單片機進行調(diào)試，在各功能模塊都調(diào)試完成之后，就可以再一次進行整機聯(lián)調(diào)，從而結(jié)束調(diào)試工作。

3結(jié)語

綜上所述，本文主要對基于單片機的無線遙控移動機器人的設(shè)計進行了分析，對機器人硬件以及軟件設(shè)計進行了具體的研究，并且主要是基于單片機的無線遙控移動機器人設(shè)計，通過一系列的設(shè)計也實現(xiàn)了手持移動設(shè)備對于履帶式機器人的無線遠程控制以及實時監(jiān)控，希望能夠為機器人設(shè)計作出一定的貢獻，真正提高機器人設(shè)計的效果，將其有效地應(yīng)用在各個領(lǐng)域當(dāng)中。

[參考文獻]

[1]葉其含，陳勁杰，晏申良，等基于單片機的無線遙控移動機器人[J].信息技術(shù)，2016 （2）：170-173.

[2]于惠，王曉飛，盧凱.空間站移動機器人無線控制系統(tǒng)設(shè)計[J].實驗室研究與探索，2017（2）：71-75.

[3]趙鑫鵬，程凱，黃澤兵，等基于ZigBee的無線遙控小車的設(shè)計與應(yīng)用[J]電子世界，2017 （5）：151-152