基于ZigBee技術(shù)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李志沈陽(yáng)工學(xué)院

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基于ZigBee技術(shù)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李志
沈陽(yáng)工學(xué)院

本文基于ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及視頻監(jiān)視系統(tǒng)，PC機(jī)做上位機(jī)，控制機(jī)器人的單片機(jī)為下位機(jī)，采用多個(gè)Zigbee DTK模塊構(gòu)成中繼網(wǎng)絡(luò)解決機(jī)器人控制信號(hào)的盲區(qū)問題，視頻監(jiān)控采用1.3GHz無(wú)線視頻模塊，用網(wǎng)絡(luò)攝像頭和WiFi、3G技術(shù)作為機(jī)器人圖像監(jiān)控的備份信道。

機(jī)器人 ZigBee技術(shù) 視頻傳輸

1　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件分為上位機(jī)和下位機(jī)2個(gè)部分，共有四個(gè)功能模塊，監(jiān)控中心的PC上位機(jī)模塊，下位機(jī)系統(tǒng)模塊，視頻監(jiān)控和DTK模塊。上位機(jī)通過Zigbee模塊發(fā)送控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)指令，下位機(jī)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)并將傳感器采集的信息通過Zigbee模塊傳送給上位機(jī)，下位機(jī)上的視頻采集模塊把機(jī)器人周圍的環(huán)境信息通過視頻信道傳送給上位機(jī)，系統(tǒng)整體功能模塊如下圖所示。

圖1　基于ZigBee技術(shù)無(wú)線控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊圖

2　上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)在PC機(jī)Windows平臺(tái)上用VB語(yǔ)言設(shè)計(jì)控制界面，用視頻采集卡接收下位機(jī)發(fā)送的視頻信號(hào)，在嵌入視頻監(jiān)控圖像的上位機(jī)編寫下位機(jī)（機(jī)器人）運(yùn)動(dòng)功能鍵程序，從而實(shí)現(xiàn)用功能鍵對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。

3　下位機(jī)系統(tǒng)

下位機(jī)是控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心，機(jī)器人上還安裝了無(wú)線視頻、ZigBee模塊。下位機(jī)（單片機(jī)）編寫控制程序和與上位機(jī)的通信程序，上位機(jī)和下位機(jī)之間通過DTK模塊傳輸ASCII碼控制信息，在上位機(jī)上通過機(jī)器人的視頻模塊觀察到小車機(jī)器人周圍環(huán)境，根據(jù)觀察情況給下位單片機(jī)發(fā)送機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令。

4　ZigBee模塊

ZigBee是一種無(wú)線自組網(wǎng)通信技術(shù)，本系統(tǒng)采用的DTK模塊工作在2.4GHz段上，具有最高250kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi)，但可以根據(jù)Zigbee模塊自組網(wǎng)中繼延長(zhǎng)通信距離。ZigBee采用了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，應(yīng)用上可以靈活配置DTK模塊參數(shù)。機(jī)器人一旦收到的控制信息減弱，就可以隨時(shí)放下一個(gè)DTK模塊作為中繼器來使用，通過設(shè)立ZigBee中繼模塊來提高其傳輸?shù)木嚯x，在有障礙物的情況下，控制信號(hào)傳輸距離可達(dá)2百米以上，從而擴(kuò)大了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍。

5　運(yùn)動(dòng)控制部分

控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)下位機(jī)連接了一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，分別控制四個(gè)電機(jī)，四個(gè)電機(jī)又是兩兩同向，考慮到布局和操作的方便性，只用了一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊，用于控制左側(cè)兩個(gè)電機(jī)和右側(cè)兩個(gè)電機(jī)，沒有對(duì)四個(gè)電機(jī)單獨(dú)進(jìn)行控制。前進(jìn)和后退時(shí)，左右兩側(cè)的電機(jī)同向而行。向左拐彎時(shí)，左側(cè)電機(jī)需要向后轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)電機(jī)需向前轉(zhuǎn)動(dòng)；向右拐彎時(shí)，左右兩側(cè)電機(jī)需互換轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

6　視頻監(jiān)控模塊

本系統(tǒng)的視頻監(jiān)控模塊采用了雙攝像頭、雙備份信道的技術(shù)來保證監(jiān)控視頻無(wú)死角，一個(gè)攝像頭為機(jī)器人無(wú)線視頻傳輸模塊提供圖像采集，支持短距離無(wú)線傳輸，另一個(gè)攝像頭是網(wǎng)絡(luò)攝像頭，支持WiFi技術(shù)和公網(wǎng)的3G技術(shù)。

一般情況下以無(wú)線視頻采集傳輸模塊傳輸?shù)囊曨l信號(hào)作為監(jiān)控信號(hào)，當(dāng)這種方式受到距離限制或障礙物干擾的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)為由網(wǎng)絡(luò)攝像頭采集視頻信號(hào)并通過Wi Fi網(wǎng)絡(luò)傳給上位機(jī)，如果Wi Fi的信號(hào)也沒有，還可以通過插在網(wǎng)絡(luò)攝像頭服務(wù)器上3G上網(wǎng)卡通過3G網(wǎng)傳輸視頻信號(hào)，通過這樣視頻監(jiān)控的備用信道，提高了本系統(tǒng)的距離延展性。

7　系統(tǒng)測(cè)試

本系統(tǒng)首先測(cè)試了用VB編寫的上位機(jī)的顯示視頻監(jiān)控畫面以及控制機(jī)器人下位機(jī)的功能鍵，上位機(jī)監(jiān)控畫面顯示正常，上位機(jī)通過界面上的功能鍵實(shí)現(xiàn)了對(duì)下位機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，在有障礙物遮擋的情況下，通過上位機(jī)的監(jiān)控視頻和功能鍵也能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。

機(jī)器人上ZigBee的DTK模塊的作為傳輸控制信息的通信設(shè)備，通過ZigBee網(wǎng)克服無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸問題，實(shí)現(xiàn)PC上位機(jī)和機(jī)器人下位機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制的雙工通信。

李志（1965年出生），男，遼寧省沈陽(yáng)市人，教授，沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院通信工程專業(yè)教研室主任。