能力风暴智能机器人无线通信系统分析(共4177字).doc

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1、能力风暴智能机器人无线通信系统分析(共4177字)摘要：本文针对多个机器协作之间无线通信的问题，介绍了一种能够让能力风暴智能机器人彼此进行无线通信的方法，阐述了能力风暴智能机器人发送信息和接收信息的原理，并且设计了一种实现机器人之间无线通信的硬件系统。该系统让能力风暴智能机器人不再依靠计算机网络的协助，就能实现机器人之间发送信息和接收信息。通过实验测试表明，该系统采集的实验数据在一定的有效范围内，能够实现多个机器人之间高效地通信。关键词：能力风暴智能机器人；无线通信；无线通信模块当今时代，人类对机器人的研究越来越深入，其研究成果也越来越丰硕，其研究力度和研究层次都在不断加大、不断深入。人们期待

2、智能机器人之间能够彼此交流，互相协作，完成一些繁琐复杂的工作任务，例如在某些火灾场景中，为了保障救火员的人生安全，又要完成灭火的重任，就可以依靠机器人来完成灭火工作。但灭火需要统筹指挥，彼此沟通，灭火时机、灭火位置、灭火计划都需要交流沟通，因此灭火机器人也必须彼此交流，互相协作，共同完成灭火的重任。通信是不同机器人之间互相交流的基础，通过通信，机器人才能了解其他机器人发送的指令，继而完成相应的操作，在通信方式中，无线通信是最便捷、最高效、最理想的通信方式。本文以力风暴智能机器人为实验平台，利用体积轻巧的单片机为通信工具，通过对接好单片机和机器人之间的接口，来实现机器人之间的无线通信。1能力风暴

3、智能机器人平台本文的实验内以能力风暴智能机器人为研究对象，能力风暴直径为30cm，高13cm，能力风暴的顶端设置为半圆形，底端安装一个具备圆形碰撞环的、能够移动的机器人，机器人的微处理器选用单片机M68HC11,在微处理器中安置32k的静态不挥发RAM,辅助以驱动、通讯、复位等外围电路。在进行试验之前，要保障能力风暴智能机器人平台具备以下功能；（1）平台底部的机器人能够自主移动。它应该是一个适应能力强，具有具体规划，灵活性强，能够在繁琐复杂场景内工作的智能机器人。（2）传感器的数量要尽可能地多，且传感器的质量应该有所保障，其感知能力要强。传感器的构造应该具备一个红外接收模块，此外还应该有两支红

4、外发射管以及4个碰撞传感器。此外传感器还必须配备旋转角度编码器以及麦克风。红外传感器的传感能力为，可以感应正前方120以内，距离红外传感器1050cm内的物体；红外光传感器应该能够准确地判断强弱光；碰撞传感器应该安装在碰撞环上，感受东西南北四个方向上以及东西南北四个方向45夹角线上的碰撞；麦克风的功能是感知周围声音的强弱，其并无方向之分；旋转编码器可以精准地计量机器人转轮的角度。（3）能力风暴机器人之间都使用M68HC11单片机，且必须使用交互式C语言对单片机进行编程。交互式C语言结构分为编译环境以及机器人操作系统，交互式C语言的优点是能够同时进行多个编程，允许多个程序同时运行。机器人与计算机

5、的连接方式是串口连接，在计算机内部编好的程序可以经由串口线输送到机器人内部，从而发出相应的指令，操作机器人执行相关命令或者让机器人主运行。（4）机器人设计了硬件扩展总线ASBUS（abili2tystormBUS）。设计硬件扩展总线的好处是便于机器人拓展外围电路，为智能机器人之间的交流协作提供必要的基础。硬件扩展总线有A，B两组，两组加起来的信号线共计28根。在实际的实验中，以下提及的信号线都是必须用到的、主要的信号线：VCC：5V电源；GND：地；PC0PC7：数据线：OS0OS3：输出选择线03；IS0IS3：输入选择线03；PA1PA2：输入捕捉口；PA3：输出比较口。2机器人之间无线通

6、信的硬件设计2.1无线通信模块顾及到机器人本来就具备的特性，以单片机为微处理器的无线通信是机器人之间最高效、最便捷、最理想的通信方式。在本实验中的，单片机内的无线收发模块为PTR2000。PTR2000既能够收信号，也可以发信号，它具备收发一体的功能。具体来说，PTR2000还可以高频率地发射信号和接收信号，能够放大信号，合成信号，切换频率等，该无线收发模块主要有以下特性：（1）集发射和接收为一体，体积小，约40cm27cm5cm；（2）工作频率为国际通用的数传频段433MHz，采用FSK调制/解调，可直接进行数据输入/输出，抗干扰能力强；（3）工作电压2.705.25V，功耗小，接收待机状态

7、电流仅为8A；（4）工作速率最高可达20kbit/s，也可在较低速率，如4800，9600bit/s下工作，无需设置模块通信速率；（5）使用时不需要许可认证，在地形开阔的环境下，其使用距离能够接近1千米。PTR2000一共7个引脚，每个引脚具备的功能都不尽相同，具体如下；VCC（1脚）：正电源输入端，接2.705.25V；CS（2脚）：频道选择端，CS=0时，选择工作频道1，即，433.92MHz；CS=1时，选择工作频道2，即，434.33MHz；DO（3脚）：数据输出端；DI（4脚）：数据输入端；GND（5脚）：电源地；PWR（6脚）：节能控制端，PWR=1时，模块处于正常工作状态；PWR

8、=0时，模块处于待机微功耗状态；TXEN（7脚）：发射/接收控制端，TXEN=1时，模块被设置为发射状态；TXEN=0时，模块被设置为接收状态2。2.2总体设计框图考虑到机器人本身的特点以及无线收发模块的特点，设计了能力风暴智能机器人之间的无线通信框架图。2.3无线收发模块与机器人之间的接口电路设计在实验中，所有的机器人都必须具备发送无线数据和接收无线数据的功能，因此每个机器人身上都必须安装无线收发模块。又因为能力风暴机器人上的串口另有其他的作用，无法安装无线收发模块，因此就有必要在机器人和无线收发模块的中间区域安装一个型号为2051的单片机。此单片机的作用是，连接机器人和无线收发模块，向机器

9、人反馈接收或者发送的信号。在具体的连接过程中，无线收发模块的数据输出端应该和单片机的串行接收端对应连接，而单片机的串行发送端应该和无线收发模块的数据输入端相连。单片机和和机器人的具体连接方法为，能力风暴机器人的数据口（PC0PC7）应该和单片机的P1口对应连接，此外，机器人扩展总线上的输入捕捉口应该和单片机的P3.4相接，而机器人扩展总线上的输出捕捉口应该与单片机上的P3.2相接。3机器人之间无线通信软件实现分别机器人之间的信号接收和信号发送需要通过软件编程才能实现，无线收发模块的双向通信也需要通过编程才能实现10。其原理为单片机将串行读取的数据放入单片机内部的寄存器中，当完成此环节时，接收数

10、据的第1位是起始位0，第29位是数据位，在发送数据时，会遵循先发送低位，后发送高位的规则，第10位是停止位1，接下去的12位都为1，即为发送数据的时间间隔5.5ms(11500s=5500s)，最后一位是新一帧数据的起始位。4实验结果分析在两个能力风暴智能机器人的身上装上单片机微处理器，装上无线收发模块，两个机器人分别记作机器人1和机器人2，机器人1与机器人2之间的间隔距离为120m，中间没有高大的障碍物，地势平坦。机器人1负责发送数据，机器人2负责接收机器人1发送的数据。举例来说，如果机器人1发送信号40H，41H，42H，43H，这些信号分别代表前进，后退，左转以及右转，当机器人2接收到机

11、器人发送的这些信号时，就应该执行相应的指令，前进或者转动。机器人1发送的数据以及机器人2执行的指令整理成了下表1。分析上表能够知道，在120m以内的有效范围内，本文设计的无线通信方法能够让能力风暴智能机器人高效交流，机器人之间的信号发射和信号接收都是快速且高效的。本文根据所提出机器人与机器人之间的无线通信原理，设计了机器人之间无线通信的硬件模块，编写了无线通信的软件实现。通过实验测试表明，在有效的距离范围内，多个机器人之间能够快速地发射和接收信号。该无线通信实验，没有通过计算机实现数据交换，而是直接通过无线通信实现机器人之间的直接数据传输，让机器人之间具备了直接交流的功能。多机器人系统研究作为

12、一个热点研究方向，本文的实现方法具有重要的参考价值。参考文献：1刘洋,孙恺.协作机器人的研究现状与与技术发展分析J.北方工业大学学报,2017,29(02):7685.2周慧,安镇宙,王伟,赵盛萍.基于Z-wave无线通信网络的群体智能机器人研究J.玉溪师范学院学报,2016,32(12):3841.3罗欢,张健,席文平.基于ZigBee技术的足球机器人通信系统设计J.无线电工程,2015,45(05):1619+27.4曹俊,汪滨琦.PTR2000及其在不停车收费系统中的应用J.电子技术应用,2012(2):6162.5石东海.单片机数据通信技术从入门到提高M.西安：西安电子科技大学出版社,2015:191219.第 7 页 共 7 页