基于OPenWrt的移動(dòng)機器人系統設計

摘要：嵌入式移動(dòng)機器人實(shí)現了全方位自主移動(dòng)及避障、行走中的圖像采集和無(wú)線(xiàn)數據傳輸。采用ARM處理器S3C2440作為主板控制器，選擇OpenWrt作為操作系統。系統采用2層架構，上層以S3C2440為核心，負責圖像采集，并將圖像通過(guò)Wi-Fi方式發(fā)送給PC機；下層以51單片機為核心，負責運動(dòng)控制、傳感器數據處理等操作。
關(guān)鍵詞：OpenWrt；移動(dòng)機器人；Wi-Fi；圖像采集

引言
近年來(lái)隨著(zhù)人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對移動(dòng)機器人的研究越來(lái)越廣泛。本設計是采用OpenWrt操作系統的移動(dòng)機器人，它可實(shí)現多種不同功能，如探測險情、巡視、圖像采集、定位、無(wú)線(xiàn)通信等。它還可以作為各種智能控制方法(包括動(dòng)態(tài)避障、路徑規劃、群體協(xié)作策略)的良好載體，開(kāi)展研究。

1 系統方案
采用2層架構。上層以ARM處理器S3C2440為核心，選用MINI2440開(kāi)發(fā)板作為上層的主板，負責圖像采集，并將圖像通過(guò)Wi-Fi方式發(fā)送給遠端的PC機。Wi-Fi無(wú)線(xiàn)通信是利用PC機與無(wú)線(xiàn)路由器搭建環(huán)境平臺共同實(shí)現的。
下層是以51單片機為核心的單片機控制板，由51單片機及外圍電路組成。下層主要負責機器人移動(dòng)控制，傳感器數據處理。51單片機通過(guò)I／O口輸出PWM信號控制直流電機的轉速和轉向，實(shí)現機器人的前進(jìn)、停止、左轉和右轉。單片機接口電路上掛接了1個(gè)超聲波測距模塊、1個(gè)人體紅外感應模塊、1個(gè)步進(jìn)電機模塊。超聲波測距模塊用來(lái)實(shí)現機器人避障。在嵌入式智能的前端安裝了一個(gè)步進(jìn)電機，而超聲波測距模塊安置在步進(jìn)電機的轉軸上，步進(jìn)電機不停地來(lái)回轉動(dòng)，超聲波測距模塊也隨之轉動(dòng)。這樣用1個(gè)超聲波測距模塊就可實(shí)現多方位測距，從而減少了超聲波測距模塊的數量。
機器人主要由硬件系統和軟件系統構成。硬件系統主要包括：ARM處理器、單片機、外圍接口電路、機器人底盤(pán)以及電源等。其中ARM處理器是上層的核心，51單片機是下層的核心。軟件包括：嵌入式Linux操作系統、外設驅動(dòng)程序、Linux應用程序以及單片機應用程序等。系統沒(méi)有選用通常的嵌入式Linux版本，而是另辟蹊徑，選用一種獨特的嵌入式Linux發(fā)行版之一OpenWrt作為操作系統。OpenWrt提供了一個(gè)完全可寫(xiě)的文件系統及軟件包管理，它通過(guò)簡(jiǎn)單易用的方式，降低了嵌入式Linux開(kāi)發(fā)的門(mén)檻，提高了系統軟件開(kāi)發(fā)的效率。
嵌入式智能移動(dòng)機器人的工作流程為：傳感器模塊實(shí)時(shí)采集周?chē)h(huán)境信息，將此數據信息傳輸到機器人控制系統中，單片機通過(guò)數據分析獲取有效數據，從而獲知機器人與障礙物的相對位置，然后根據此位置信息產(chǎn)生控制信號；單片機產(chǎn)生PWM信號控制直流電機來(lái)控制機器人轉向，從而達到機器人自主“行走”的目的。下層的單片機與上層的ARM處理器通過(guò)串口來(lái)通信，ARM主板可將下層單片機控制板的工作數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)Wi-Fi的方式傳輸到遠端的PC機。ARM主板可以不間斷地將USB攝像頭采集的清晰現場(chǎng)圖片發(fā)給遠端的PC控制終端。

2 系統硬件設計
硬件系統主要包括：ARM處理器、單片機、外圍接口電路、機器人底盤(pán)以及電源等，其中ARM處理器是上層的核心，51單片機是下層的核心。硬件結構框圖如圖1所示。

由圖1可以看出，系統主要由以下模塊構成：圖像采集模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、超聲波測距模塊、紅外感應模塊、MINI2440、單片機STC89 C52以及直流電機驅動(dòng)模塊等。下面重點(diǎn)介紹直流電機驅動(dòng)模塊。