GPRS在機(jī)器人遠(yuǎn)程控制中的應(yīng)用

1、郵局訂閱號(hào):82-946360元/年技術(shù)創(chuàng)新 機(jī)器人技術(shù)PLC 技術(shù)應(yīng)用200例您的論文得到兩院院士關(guān)注GPRS 在機(jī)器人遠(yuǎn)程控制中的應(yīng)用The Application of GPRS in the rem ote control of robot(南京理工大學(xué)李勝吳益飛LI SHENG WU YIFEI摘要:針對(duì)沒(méi)有無(wú)線局域網(wǎng)環(huán)境下的,移動(dòng)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制問(wèn)題,本文提出了一種基于GPRS 技術(shù)的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制方法,并在ASR 機(jī)器人上驗(yàn)證了該方法的可行性。利用該方法,用戶可以在任何覆蓋了GPRS 網(wǎng)絡(luò)的地區(qū),實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的超遠(yuǎn)程控制。關(guān)鍵詞:GPRS;遠(yuǎn)程控制;移動(dòng)機(jī)器人中圖分類號(hào):TP3

2、68文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AAbstract:Aimed at the remote control problem of a mobile robot in an environment without wireless local area networks,we proposed a remote control method through GPRS module and applied the proposed method on our ASR robot.The experiment on the ASR robot shows the effectiveness of the propo

3、sed method.Key words:GPRS,Remote Control,Mobile Robot文章編號(hào):1008-0570(200703-2-0239-021引言隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展,遠(yuǎn)程控制問(wèn)題越來(lái)越受到了各國(guó)學(xué)者的關(guān)注。目前,有三種無(wú)線通信技術(shù)被應(yīng)用到機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制中,即:無(wú)線電技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器。但是這些方法在不同程度上存在著缺陷,如無(wú)線電技術(shù)的最大通信距離只能到1000英尺左右,無(wú)線局域網(wǎng)也必須在局域網(wǎng)的環(huán)境下才能應(yīng)用,無(wú)線調(diào)制解調(diào)器則適用于帶有電話線的環(huán)境。因此以上三種方法均不適用于超遠(yuǎn)程的機(jī)器人控制。在本文中,我們提出了一種利用GPRS 技術(shù)的機(jī)器

4、人遠(yuǎn)程控制方法。眾所周知,GPRS 是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GeneralPacket Radio Service 的縮寫(xiě)。利用GPRS 技術(shù),我們能夠在和任何在GPRS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的人通信,而不需要有線電話、局域網(wǎng)的支持。因此利用這項(xiàng)技術(shù),控制者能夠利用手機(jī)或帶有GPRS 功能的手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程的機(jī)器人進(jìn)行控制。本文的主要結(jié)構(gòu)如下:第二部分說(shuō)明了所提方法的硬件結(jié)構(gòu);第三部分說(shuō)明了所提方法的軟件結(jié)構(gòu);最后一部分給出了一些相關(guān)的結(jié)論和下一步的研究方向。2硬件結(jié)構(gòu)我們所控制的機(jī)器人采用的是Windows XP 系統(tǒng),因此只需要利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)通信單元擴(kuò)展系統(tǒng)的通信功能。在這里我們采用的單片機(jī)

5、是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430F149系列單片機(jī),并利用德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的MC35i GPRS 模塊作為我們的通信模塊。整個(gè)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1通信單元的硬件結(jié)構(gòu)圖2.1通信單元控制器考慮到通信單元的功能,我們選擇MSP430F149作為我們通信單元的主控芯片。MSP430F149是一款集成了2個(gè)16位計(jì)時(shí)器、1個(gè)12位快速A/D 轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)通用串行口(USART 、60KB Flash 、2KB RAM 和48個(gè)I/O 口的微控制器,使用該款控制器,我們能夠在MSP430F149與ASR 機(jī)器人之間通訊的同時(shí),實(shí)現(xiàn)MSP430F149單片機(jī)和MC35i 模塊之間的通信。并且作為

6、通信單元的主控芯片,MSP430F149不僅要負(fù)責(zé)接收來(lái)自外部的命令并將其傳給機(jī)器人,還要接收傳感器的信息,并根據(jù)機(jī)器人的請(qǐng)求將其傳給ASR 機(jī)器人。2.2擴(kuò)展存儲(chǔ)單元考慮到主控芯片中一些數(shù)據(jù)需要掉電保存,在這里我們選擇Atmel 公司生產(chǎn)的AT24C16芯片作為我們通信單元中的擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片。使用這個(gè)芯片,我們可以保存一些重要的數(shù)據(jù),如授權(quán)號(hào)碼等。AT24C16采用I2C 總線作為自己的數(shù)據(jù)接口,該總線包括了一條串行時(shí)鐘線(SCL 和串行數(shù)據(jù)線(SDA 。時(shí)鐘是通過(guò)總線上的主設(shè)備發(fā)出,數(shù)據(jù)則在數(shù)據(jù)線上串行傳輸。但是MSP430F149本身并不具備I2C 總線接口,因此,我們利用兩個(gè)普通I/O

7、口來(lái)模擬一個(gè)I2C 總線,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入,李勝:講師博士基金項(xiàng)目:江蘇省博士后科研基金(0502027B239-技術(shù)創(chuàng)新中文核心期刊微計(jì)算機(jī)信息(嵌入式與SOC 2007年第23卷第3-2期360元/年郵局訂閱號(hào):82-946現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用200例機(jī)器人技術(shù)MSP430F149和AT24C16之間的連接如圖2所示。圖2MSP430F149與AT24C16之間連線示意圖2.3GPRS 通信模塊在這個(gè)通信單元里,我們選擇西門(mén)子公司生產(chǎn)的MC35i 作為我們的GPRS 通信模塊。雙波段的GSM /GPRS 模塊MC35i 是一款有著廣泛應(yīng)用的模塊,它可以用于移動(dòng)電話、遙感勘測(cè)、遠(yuǎn)程信息處理等

8、多個(gè)領(lǐng)域,它的體積超小,便于安裝。MC35i 在低功耗下,可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短信和傳真等方式的傳輸。在GPRS 方式下,MC35i 能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線和較高的數(shù)據(jù)傳輸速度。為實(shí)現(xiàn)與外部的數(shù)據(jù)通信,MC35i 提供了一個(gè)8線的非平衡異步串行通信接口。在傳統(tǒng)的串行通信DCE-DTE 模式中,MC35i 被設(shè)計(jì)為一個(gè)DCE 設(shè)備,利用這個(gè)接口,我們可以很方便的實(shí)現(xiàn)MC35i 和MSP430F149之間的通信。3軟件結(jié)構(gòu)考慮到整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,我們采用較為可靠的客戶機(jī)與服務(wù)器(C/S 結(jié)構(gòu)作為我們這次總體軟件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),其中服務(wù)器程序運(yùn)行在ASR 機(jī)器人的Windows XP 平臺(tái)上,客戶機(jī)程

9、序運(yùn)行在通信單元的主控芯片上,即MSP430F149上。3.1服務(wù)器程序服務(wù)器程序的功能主要是解釋來(lái)自于通信單元的命令,將其轉(zhuǎn)換成機(jī)器人能直接執(zhí)行的行為控制命令,如“向前走”、“抬頭”、“低頭”等,然后再將這些命令發(fā)送給機(jī)器人上相關(guān)的進(jìn)程,如運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)程、攝像機(jī)控制進(jìn)程等。3.2客戶機(jī)程序針對(duì)通信單元的功能,我們?cè)O(shè)計(jì)了如下的客戶機(jī)程序流程圖,如圖3所示:圖3客戶機(jī)程序流程圖從圖3中,我們內(nèi)可以看到該客戶機(jī)程序主要有三種功能:考慮到機(jī)器人的安全控制,客戶機(jī)程序在接收到來(lái)自MC35i 的新命令后,首先判斷該命令是否來(lái)自于授權(quán)號(hào)碼。如果該命令來(lái)自于授權(quán)號(hào)碼,客戶機(jī)程序會(huì)將其發(fā)送給ASR 機(jī)器人,否則

10、該命令將被丟棄。這個(gè)功能保證ASR 機(jī)器人只能被有限的幾個(gè)授權(quán)號(hào)碼控制,從而確保了控制的安全性。為了能將機(jī)器人自身的狀態(tài)發(fā)送給控制者,或得到目前一些傳感器信息,客戶機(jī)程序應(yīng)該能夠接收來(lái)自于ASR 機(jī)器人的命令,并根據(jù)命令完成相應(yīng)的功能。因?yàn)榭蛻魴C(jī)程序只與一個(gè)ASR 機(jī)器人相連,因此此處不需要盡心安全驗(yàn)證。因?yàn)镸SP430F149具有一個(gè)快速12位A/D 轉(zhuǎn)換器,我們將其用作一個(gè)溫度傳感器的輸入,主要用于檢測(cè)ASR 機(jī)器人的內(nèi)部溫度,以判斷是否超高,如果超高則需要停止其運(yùn)行。同時(shí),MSP430F149還具有很豐富的I/O 端口,這些端口被我們用于接收機(jī)器人的狀態(tài)信息。在接收到讀取狀態(tài)信息的命令后

11、,客戶機(jī)程序?qū)⑦@些信息反饋給ASR 機(jī)器人。4結(jié)論針對(duì)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制問(wèn)題,本文提出了一種基于GPRS 技術(shù)的遠(yuǎn)程控制方法,所設(shè)計(jì)的通信單元利用MC35i 模塊,能夠接收遠(yuǎn)程控制者發(fā)過(guò)來(lái)的命令,并在進(jìn)行安全驗(yàn)證后將其發(fā)送給ASR 機(jī)器人。通過(guò)這個(gè)模塊控制者能夠利用手機(jī)和帶有GPRS 功能的PDA 設(shè)備對(duì)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的控制。實(shí)驗(yàn)表明,利用我們所設(shè)計(jì)的模塊,能夠很容易的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制。下一步,我們將考慮如何利用這個(gè)模塊獲取機(jī)器人的實(shí)時(shí)圖像信息,以便于控制者能夠及時(shí)觀測(cè)到機(jī)器人所處的環(huán)境信息。本文作者創(chuàng)新點(diǎn):首次采用由MSP430F149和MC35i 模塊設(shè)計(jì)了通信單元,并用此通信單元實(shí)現(xiàn)了

12、對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制,并在此通信單元中引入了利用授權(quán)號(hào)碼進(jìn)行安全驗(yàn)證的策略,提高了機(jī)器人的安全防護(hù)功能。參考文獻(xiàn):1陸小鋒,陸亨立,張芳琴.GPRS 與GPS 在汽車(chē)信息服務(wù)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用J微計(jì)算機(jī)信息.2005,21(2:188189.作者簡(jiǎn)介:李勝(1976-,男(漢族,江蘇徐州人,南京理工大學(xué)講師,博士,主要研究領(lǐng)域:移動(dòng)機(jī)器人、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制;吳益飛(1979-,男(漢族,江蘇鎮(zhèn)江人,南京理工大學(xué)助教,碩士,現(xiàn)從事運(yùn)動(dòng)控制、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的教學(xué)和科研工作。Biography:Li,Sheng,male,born in 1976,doctor,research in Mo-bile Robot and Net Control System;Wu,Yifei,male,born in 1979,master,r