便携式移动机器人手持监控系统

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1、便携式移动机器人手持监控系统1引言目前，便携式移动机器人全自主控制方式尚不成熟，其监控系统普遍采用人在环半自主控制方式设计。为满足携带、系统小型化、嵌入式的结构特点，故设计便携式移动机器人手持监控系统，并将其用于履带结构便携式移动机器人实验平台。2功能设计手持监控系统对便携式移动机器人起到监视与控制的全局性作用。手持监控系统可划分为视频图像监视模块、状态信息监测模块、遥控指令模块、无线通信模块、数字地图交互模块、全局路径规划模块六大功能模块（见图1）。 视频图像监视模块对便携式移动机器人所处环境进行视频监视；

2、状态信息监测模块对机器人自身状态信息的监测；遥控指令模块实现基本的运动指令编码以及发送；无线通信模块实现运动指令、状态信息、视频信号等数据的无线传输；数字地图交互模块实现环境地理信息的数字化显示及人机交互功能；全局路径规划模块实现点到点的最优路径搜索功能。3硬件系统手持监控系统的硬件系统可划分为若干模块，各个模块实现自身相对独立的功能。3．1硬件结构与接口手持监控系统硬件系统采用基于嵌入式系统的PCI总线的PC／104plus总线结构，分为无线通信、嵌入式图像采集、中央处理、遥控器、液晶显示等五大模块。无线通

3、信模块又划分为无线数据传输和无线视频传输模块。无线数据传输模块实现运动指令、状态信息等窄带数据无线传输；无线视频传输模块实现视频图像信号等宽带数据无线传输。硬件系统各模块通过接口实现信息交换与数据共享。中央处理模块通过PC／104plus总线与嵌入式图像采集模块接口，实现模块之间视频图像数据的传输；中央处理模块与无线数据传输模块及遥控器模块通过串口连接。中央处理模块通过TTL接口与液晶显示模块连接。嵌入式图像采集模块与无线视频传输模块通过RCA接口实现复合视频信号的传输（见图2）。 3．2硬件模块实现无线数据

4、传输模块采用微功率无线数据传送单元实现。嵌入式图像采集模块采用PC／104plus总线结构的嵌入式图像采集卡实现。中央处理模块采用PC／104plus总线结构的单板机实现。遥控器模块通过自行设计电路板实现按键扫描、指令编码以及串口发送等功能。液晶显示模块采用小型彩色液晶屏实现。以上各硬件模块实现符合手持设备小型化、便携式的硬件要求。4软件系统手持监控系统的软件系统选用WindowsCE（WinCE）作为嵌入式操作系统平台，监控系统软件包括：操作系统定制、设备驱动程序开发、应用程序。应用程序又分为：键盘扫描模块

5、、串口通信模块、视频处理模块、数字地图模块、路径规划模块五大模块（见图3）。 4．1操作系统定制操作系统定制主要根据系统需要建立操作系统平台并对其进行相应的配置。通过平台裁剪工具PlatformBuilder（简称PB）完成。4．2设备驱动程序开发WinCE的驱动程序分为：本机设备驱动程序和流接口驱动程序。本机设备是指集成到目标平台的设备，其驱动程序由原设备制造商（OEM）提供。流接口驱动程序是指连接到WinCE平台的外部设备驱动程序，由用户自行开发。流接口驱动程序把外部设备看作文件系统的特殊文件，通过文件读

6、取函数间接地访问外部设备。嵌入式图像采集卡驱动程序分为三部分：（1）内核部分实现中断服务例程（ISR）。内核函数实现了物理中断号与逻辑中断标识之间的映射关系，并调用中断服务例程，中断服务例程在中断发生后向内核返回中断逻辑标识。（2）驱动程序部分实现WinCE流接口驱动模型所需要的文件操作接口函数，包括：采集卡初始化、数据读取和采集卡句柄关闭。（3）应用程序部分通过调用设备注册函数将嵌入式图像采集卡中断驱动程序加载到系统内存，并根据采集卡初始化参数设置修改WinCE系统注册表文件。4．3应用程序设计键盘扫描模块

7、及串口通信模块单片机程序在单片机集成开发环境uVision2下用C语言开发外，其余模块均在EVC（WindowsCEEmbeddedVisualC++）下开发。（1）键盘扫描模块键盘扫描模块主要实现单片机对薄膜键盘的按键识别及键值显示功能。薄膜键盘属于行列式非编码键盘，按键的识别通常采用逐行扫描查询法实现。程序采用软件延时的方法处理抖动。键值显示则通过单片机对液晶屏串行数据口编程实现。（2）串口通信模块串口通信模块主要实现单板机与单片机之间的串行数据通信功能。该模块包括单板机串口通信程序、单片机串口通信程序、

8、串口通信协议三部分。①单板机串口通信程序。由于WinCE不支持串口通信控件的使用，所以EVC下的单板机串口通信程序开发只能通过调用文件操作函数实现。②单片机串口通信程序。单片机串口通信程序设计必须根据通信双方约定设置串口工作方式及串口通信波特率。③串口通信协议。串口数据包括：双向通信测试数据、下行指令数据、上行传感数据，而传感数据又划分为：速度、加速度、位置、倾角等状态信息。为了在串口通信中正确分离