能探测险情巡视的智能移动机器人方案

电子设计 2017-12-28 07:30 次阅读

近年来随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展,对移动机器人的研究越来越广泛。本设计是采用OpenWrt操作系统的移动机器人,它可实现多种不同功能,如探测险情、巡视、图像采集、定位、无线通信等。它还可以作为各种智能控制方法(包括动态避障、路径规划、群体协作策略)的良好载体,开展研究。

1 系统方案

采用2层架构。上层以ARM处理器S3C2440为核心,选用MINI2440开发板作为上层的主板,负责图像采集,并将图像通过WiFi方式发送给远端的PC机。WiFi无线通信是利用PC机与无线路由器搭建环境平台共同实现的。

下层是以51单片机为核心的单片机控制板,由51单片机及外围电路组成。下层主要负责机器人移动控制,传感器数据处理。51单片机通过I/O口输出PWM信号控制直流电机的转速和转向,实现机器人的前进、停止、左转和右转。单片机接口电路上挂接了1个超声波测距模块、1个人体红外感应模块、1个步进电机模块。超声波测距模块用来实现机器人避障。在嵌入式智能的前端安装了一个步进电机,而超声波测距模块安置在步进电机的转轴上,步进电机不停地来回转动,超声波测距模块也随之转动。这样用1个超声波测距模块就可实现多方位测距,从而减少了超声波测距模块的数量。

机器人主要由硬件系统和软件系统构成。硬件系统主要包括:ARM处理器、单片机、外围接口电路、机器人底盘以及电源等。其中ARM处理器是上层的核心,51单片机是下层的核心。软件包括:嵌入式Linux操作系统、外设驱动程序、Linux应用程序以及单片机应用程序等。系统没有选用通常的嵌入式Linux版本,而是另辟蹊径,选用一种独特的嵌入式Linux发行版之一OpenWrt作为操作系统。OpenWrt提供了一个完全可写的文件系统及软件包管理,它通过简单易用的方式,降低了嵌入式Linux开发的门槛,提高了系统软件开发的效率。

嵌入式智能移动机器人的工作流程为:传感器模块实时采集周围环境信息,将此数据信息传输到机器人控制系统中,单片机通过数据分析获取有效数据,从而获知机器人与障碍物的相对位置,然后根据此位置信息产生控制信号;单片机产生PWM信号控制直流电机来控制机器人转向,从而达到机器人自主“行走”的目的。下层的单片机与上层的ARM处理器通过串口来通信,ARM主板可将下层单片机控制板的工作数据通过无线WiFi的方式传输到远端的PC机。ARM主板可以不间断地将USB摄像头采集的清晰现场图片发给远端的PC控制终端。

2 系统硬件设计

硬件系统主要包括:ARM处理器、单片机、外围接口电路、机器人底盘以及电源等,其中ARM处理器是上层的核心,51单片机是下层的核心。硬件结构框图如图1所示。

图1 硬件结构框图

由图1可以看出,系统主要由以下模块构成:图像采集模块、无线通信模块、超声波测距模块、红外感应模块、MINI2440、单片机STC89C52以及直流电机驱动模块等。下面重点介绍直流电机驱动模块。

直流电机驱动模块以L298N芯片为核心,该芯片具有带载能力强的特点。直流电机驱动电路如图2所示。驱动电路芯片的外围电路主要是由二极管构成的电桥电路与2组电机并联连接,以达到控制电机按照设定运转的目的。

图2 直流电机驱动电路

移动机器人采用H桥控制方案,整体控制方案如图3所示。

图3 H桥控制方案

电机共有4路PWM输出分别作为左右轮的驱动,而通过2路PWM输出可控制一个电机,两个电机以并联方式连接。

当L298N芯片使能信号ENABLE为高时,输出才随输入变化,否则为高阻态,所以焊接时,ENABLE引脚及电源引脚VS均接电源VCC.

具体驱动过程为:通过编程由控制芯片经PWM发出驱动信号,PWM输出作为L298N的输入,经L298N转换输出控制信号使电机转动,从而实现电动机的驱动。

PWM输出信号的高低则可以控制直流电机转速。当占空比加大时,转速升高;占空比减小时,转速降低;当PWM信号输出占空比为0时可控制电机的停止。

当左轮停止,右轮转时,小车左转;当右轮停止,左轮转动时,小车右转。而2路PWM输出的正负顺序转换则可控制电机的正反转,进而控制小车的前进和后退。

3 系统软件设计

软件部分是移动机器人的智能化的体现,它控制移动机器人所有的运行状态。

操作系统采用了OpenWrt操作系统,该系统简化了Linux内核的定制过程,而且允许开发者使用软件包的概念来定制嵌入式设备,从而简化了嵌入软件开发的流程。

程序在Kubuntu CodeBlock IDE集成开发环境中进行编写,用Openwrt编译出来的ARM eabi交叉编译工具编译,再经过终端SercurtCRT通过串行口向移动终端烧入交叉编译后的程序以及系统。

应用软件控制小车的避障、摄像、发送视频等行为。通信方面通过在主机端用vsftp软件架设FTP服务器,并通过IEEE 802.11g(RTL8187)无线网卡建立无线局域网。这样,移动终端就可以接收上位机的控制命令到达指定地点拍照并发送图片,而PC机终端就可以接收通过WiFi传送过来的图片。

系统软件结构如图4所示。

图4 系统软件结构

系统驱动程序利用MINI2440开发板提供的例程进行改写,并编译进内核。

摄像头控制软件mjpgstreamer由Openwrt以软件包形式提供,通过端口8080输出为MJPEG格式的图像。无线通信部分内容为Linux下socket编程,为客户端提供远程控制支持。无线通信的部分代码如下:

int sendstring(char *addr,int port,char *sendchar){

struct sockaddr_in s_addr;//定义sockaddr_in结构体类型保存socket信息

int sock;

int addr_len;

int len,i;

if ((sock=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0))==-1) {//创建socket

perror(“no socket”);

exit(errno);

}

else

printf(“create socket.\\n\\r”);

s_addr.sin_family=AF_INET;//TCP/IP地址族

if (port)

s_addr.sin_port=htons(port);//设置端口号

else

s_addr.sin_port=htons(10001);

if (*addr)

s_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(addr);//设置IP

else {

printf(“Send a message must have a receiver!\\n”);

exit(0);

}

addr_len=sizeof(s_addr);//IP地址长度

len=-1;//判是否发送成功标志

for (i=0;i<4;i++) {//发送

if(len<0)len=sendto(sock,sendchar, strlen(sendchar), 0,(struct sockaddr *) &s_addr, addr_len);

else {printf(“send success!”);return 0;}

}

printf(“send error!”);

return 0;

}

系统通过MINI2440驱动并控制摄像头,通过串口控制底层的单片机,驱动无线网卡并连接,运行服务端,提供UI界面。编译完成后的Openwrt效果图如图5所示。

图5 编译完成的OpenWrt效果图

结语

本系统选用的OpenWrt操作系统,该系统适合移动机器人的设计要求,系统提供的软件包简化了系统开发流程,提高了开发效率。经过实际调试运行,系统完全可以达到设计要求,可以用于探测险情、图像采集、目标定位、无线通信等领域。


 

电子设计 技术专区

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

微软:避免伤害人类 人工智能必须立法

人工智能带给了时代巨大的变化,随着技术的成熟,和在各个行业的广泛应用,下一步人工智能将出现在更多行业....

发表于 01-20 11:37 次阅读 0条评论
微软:避免伤害人类 人工智能必须立法

动态人脸识别商业化进程加速 神目提供智慧城市解决方案

2017年因苹果发行的iPhone X手机开始开启起了人脸识别技术的爆发年。随着这项技术逐渐成熟,相....

发表于 01-20 10:01 次阅读 0条评论
动态人脸识别商业化进程加速 神目提供智慧城市解决方案

智慧物流市场规模将超万亿 电商平台与物流企业纷纷布局来抢占先机

据《中国智慧物流发展报告》预计,到2025年,中国智慧物流市场的规模将超过万亿元。行业内电商平台与领....

的头像 工控头条 发表于 01-19 16:56 次阅读 0条评论
智慧物流市场规模将超万亿 电商平台与物流企业纷纷布局来抢占先机

面对人工智能浪潮 促进与实体经济深度融合,形成新增长点的解析

科技进步正在成为推进经济发展的重要推动力,对中国经济发展的贡献率已经上升到56.2%。面对正在兴起的....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 01-19 16:20 次阅读 0条评论
面对人工智能浪潮 促进与实体经济深度融合,形成新增长点的解析

人工智能再迎升级 下一步走向工业智能

现如今,人工智能技术在各领域迅速发展,正在掀起一波新的数字革命浪潮,它的出现带给了人们太多的变化,现....

发表于 01-19 15:41 次阅读 0条评论
人工智能再迎升级 下一步走向工业智能

智能家居市场陷入混沌 “伪智能”层出不穷

在人工智能技术的赋能下,智能家居领域呈现出生机盎然的景象,技术和资金的双加持下,大企业更是如鱼得水,....

发表于 01-19 15:25 次阅读 0条评论
智能家居市场陷入混沌 “伪智能”层出不穷

同质化严重的智能手表发力人工智能

360在5月发布了首款人工智能儿童手表,首次将人工智能技术应用到了儿童手表上,相比之下,手机已经成为....

发表于 01-19 14:36 次阅读 0条评论
同质化严重的智能手表发力人工智能

最系统的 “人工智能与中国”分析

随着人口红利的快速消失,中国急需寻找新的增长引擎。基于人工智能的自动化可以提升生产力,帮助中国实现其....

的头像 WPR 发表于 01-19 14:23 次阅读 0条评论
最系统的  “人工智能与中国”分析

通过云计算来挖掘人工智能服务的优势分析

为了克服这些障碍,许多企业选择通过云计算来挖掘人工智能服务。与企业在自己的数据中心部署人工智能的功能....

的头像 AI人工智能D1net 发表于 01-19 14:01 次阅读 0条评论
通过云计算来挖掘人工智能服务的优势分析

曙光大数据和大计算 助力构建AI城市和科学大脑

1月18日,中科曙光赋能数据 智领中国主题客户会在三亚举行。会上,中科曙光对其2017年发布的数据中....

的头像 Duke 发表于 01-19 13:59 次阅读 0条评论
曙光大数据和大计算 助力构建AI城市和科学大脑

2018迎来“人工智能之年” 微软口述绘图AI机器人亮瞎眼

微软的“口述绘图”AI机器人研究迎来了最新的进展,基于语音转译的文本内容的绘画机器人可以根据你口述创....

发表于 01-19 13:44 次阅读 0条评论
2018迎来“人工智能之年” 微软口述绘图AI机器人亮瞎眼

人工智能交通号志可望缓解决塞车问题

目前业界已经在尝试利用人工智能(AI)来实时回应路况,这样的智能交通号志,在某些地方已经证实发挥作用....

发表于 01-19 12:35 次阅读 0条评论
人工智能交通号志可望缓解决塞车问题

如何成为嵌入式高手的学习路线解析

了解linux系统;区分各种版本的Linux系统,以便于拓展 Linux视野。 1、Linux....

的头像 EDN电子技术设计 发表于 01-19 11:01 次阅读 0条评论
如何成为嵌入式高手的学习路线解析

科大讯飞与暴风TV签署2018年百万台人工智能战略合作

近日,科大讯飞公司与暴风集团旗下暴风TV在深圳签署2018年百万台人工智能战略合作。

的头像 机器人技术与应用 发表于 01-19 10:41 次阅读 0条评论
科大讯飞与暴风TV签署2018年百万台人工智能战略合作

一图详解未来厨房只需要一个架子和一台桌子

宜家在米兰做了个展览,推出了未来厨房计划。10年后灶台、冰箱将从世界上消失,我们需要的只有一个架子和....

的头像 人工智能大趋势 发表于 01-19 10:36 次阅读 0条评论
一图详解未来厨房只需要一个架子和一台桌子

如何开发一款自己的智能问答机器人

人工智能时代,开发一款自己的智能问答机器人,一方面提升自己的AI能力,另一方面作为转型AI的实战练习....

的头像 人工智能爱好者社区 发表于 01-19 10:26 次阅读 0条评论
如何开发一款自己的智能问答机器人

人工智能不仅可拯救生命 更能提高医疗资源效益

人工智能(AI)对健康照护产业的助益不乏明证,近期在英国发表的两个AI系统,诊断心脏病与肺癌的准确性....

发表于 01-19 09:23 次阅读 0条评论
人工智能不仅可拯救生命 更能提高医疗资源效益

机器学习的含义、术语、以及重要性的解析

机器学习”在最近虽可能不至于到人尽皆知的程度、却也是非常火热的词汇。机器学习是英文单词“Machin....

的头像 人工智能爱好者社区 发表于 01-19 09:12 次阅读 0条评论
机器学习的含义、术语、以及重要性的解析

一文读懂人工智能产业链

人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI,是研究、开发用于模拟、延....

的头像 半导体动态 发表于 01-19 08:56 次阅读 0条评论
一文读懂人工智能产业链