救援机器人数据采集系统的实现

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1、救援机器人数据采集系统的实现4.1引言数据采集系统不仅为实现救援机器人运动控制系统的闭环控制提供必不可少的输入，而且是机器人完成救援任务的根本需求。机器人在执行任务时需要携带多种传感器，如加速度传感器，生命探测传感器，摄像头等。本章介绍机器人的数据采集系统，给出数据采集的工作原理及硬件实现过程。4.2数据采集系统的主要功能和组成结构数据采集系统主要包括三个部分：图像采集和传输部分，无线遥控部分，A/D数据采集部分。图像采集和传输部分：通过摄像头获取机器人周围的地理位置，环境状态，通过微波图像发射机将图像发送给监控站的微波图像接收机，经过监控计算机的图像采集卡处理后输出图像，将模拟信

2、号转换为数字信号传递给上位机，根据这些信号上位机做出判断和决策。无线遥控部分：包括两个部分的功能，一是将地面监控PC机发出的控制信号传输给机器人上的PC104计算机，再由PC104计算机发出控制指令；二是将机器人的相关状态数据发送回监控PC机。该部分所传输的数据量不大。A/D数据采集部分：通过数据采集卡对各种模拟信号进行采集，经AD转换后传输给PC104计算机。考虑到机器人在废墟里运动的特殊环境，崎岖不平的路面，随时可能发生的塌陷，因此在机器人上安装加速度传感器显得尤为重要。加速度传感器安装在机器人的面上，每一个面安装一个传感器，可以测量出机器人各个面的姿态和角度，通过这些姿态和角

3、度进行实时的调整，是机器人进行最合理最有效的运动。数据采集卡为生命探测传感器预留了接口，生命探测传感器是机器人在执行任务时必须携带的传感器，使搜救工作变得简单易行。在分秒必争的营救工作中，生命探测传感器可以帮助搜救人员迅速准确安全地发现仍然存活的遇险者，从而为营救工作争取到宝贵的时间。数据采集系统组成框图如图4-1所示。地面控制PC机图像采集卡图像接收装置图像发射装置车载云台控制系统微波总线RS485无线数传模块无线数传模块PC104嵌入式计算机图像采集和传输部分RS232RS232无线遥控部分生命探测传感器加速度传感器数据采集卡RS485A/D数据采集部分图4－1数据采集系统组成

4、框图4.3图像采集和传输4.3.1智能云台摄像机云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置，把摄像机装云台上能使摄像机从多个角度进行摄像。云台内装两个电动机。这两个电动机一个负责水平方向的转动，另一个负责垂直方向的转动。水平转动的角度一般为350度。垂直转动则有45度、35度、75度等等。水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。云台摄像机采集模拟图像，由图像发射装置通过微波传输到监控中心的图像接收装置，再由图像采集卡将模拟信号处理成数字通过监控计算机显示出来；而当地面监控计算机为了获取某一角度的图像信息，需要在线调整云台转动。云台摄像机内置云台解码器，支持RS485总

5、线的控制命令传输方式，PC104嵌入式计算机通过扩展的RS232转485接口与内置解码器连接，控制云台旋转。它具有以下特点：（1）内置日立DSP芯片，高清晰SONYCCD摄像机（像素250K&400K）；（2）水平旋转角度0°～355°，垂直旋转角度0°～90°或10°～90°可调，水平旋转速度0.5°/S-45°/S，垂直旋转速度0.5°/S-45°/S；（3）2条巡航线路，每条支持32个预置点，±0.5°精度，可设定预置点停留时间；（4）支持RS485/422总线，可选多协议波特率；1200、2400、4800、9600；（5）无噪音，无摆动外形新颖，美观价格低，功能多，性能更

6、稳寿命长，干扰小，高可靠性工程布线简易。4.3.2图像发射与接收装置救援机器人本体上安装智能云台摄像机，通过图像发射与接收装置传输到监控PC机上。这里采用的是无线影音传输(如图4-3所示)，发射装置传输影音模块型号为FOX-2500，体积：90*50*17mm，传输距离可以达到2公里以上，可以达到音频视频同步，工作频段为1.2G-1.3G。拥有体积小、重量轻，传输距离长等优点。如图4-3所示。地面基站装无线影音模块接收机FOX-02，另配20db的定向天线，增强信号接收能力和抗干扰能力。发射机详细参数如表4-1所示：表4-1发射机详细参数工作电压DC12V工作电流900mA发射频率

7、1.2G/1.3G频道数量8CHS发射功率2500mW视频输入/视频调制1Vp-p(FM)音频输入/音频调制1Vp-p(FM)重量104g体积(长*宽*高)90*50*17mm无障碍传输距离2000~4000m工作温度-10℃～+50℃4.5.2数据采集卡的硬件平台数据采集卡是针对加速度传感器和生命探测仪信号的采集，由于机器人是五面体结构，每一个面均安装一片数据采集卡。考虑到A/D采样芯片如AD7891等模拟通道足够多，转换速度和转换精度满足的情况下，成本较高。而带A