基于WiFi的遠程視頻傳輸智能機器人設計

摘要 WiFi以其強大的覆蓋范圍和更高的傳輸速率得到廣泛應用。文中研究了無(wú)線(xiàn)視頻傳輸技術(shù)在機器人中的應用。文中設計的WiFi機器人是以WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為數據傳輸載體，實(shí)現實(shí)時(shí)控制、音視頻傳輸和圖像采集等功能的智能系統。經(jīng)測試，該機器人可用于在反恐偵查、戰場(chǎng)C4ISR系統、消防救災、生命探測等民用及軍事領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞 WiFi；機器人；遠程視頻傳輸；數據采集

WiFi是一種無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)運用技術(shù)，其出現以來(lái)，憑借組網(wǎng)方便、易于擴展等特點(diǎn)，有著(zhù)廣泛的應用前景。而無(wú)線(xiàn)接入和高速傳輸是WiFi的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，WiFi技術(shù)與機器人技術(shù)的結合便產(chǎn)生了WiFiRobot。WiFi Robot是集遠程無(wú)線(xiàn)通訊、音視頻傳輸、數據采集、多向機械云臺、燈光控制、環(huán)境檢測、超聲波測距、紅外壁障、超聲波領(lǐng)航、動(dòng)力四驅、攝像頭云臺等功能為一體的多功能智能遙感機器人，以WiFi網(wǎng)絡(luò )作為數據傳輸平臺，以高速MCU為數據處理中心，可通過(guò)電腦、智能手機、平板電腦等設備進(jìn)行遠程控制，并可拓展更多功能。

1 基本原理
設計的機器人所要實(shí)現的功能為：操作員在操作終端通過(guò)WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接到小車(chē)內置的WiFi模塊上，并向其發(fā)出相關(guān)操作指令，WiFi模塊接收指令并傳遞給內置的單片機，單片機通過(guò)控制電路讓機器人執行相應的指令；同時(shí)，安裝在機器人上的各種傳感器和攝像頭可以通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò )將數據反向傳遞給操作終端，從而實(shí)現上下行控制及雙向通信，以便操作員實(shí)時(shí)了解機器人周?chē)沫h(huán)境，并根據環(huán)境情況發(fā)出指令控制機器人執行特定的任務(wù)，實(shí)現交互式操作，圖1為系統整體實(shí)現框圖。

2 硬件設計
硬件系統由車(chē)體部分、路由器、攝像頭及云臺、驅動(dòng)板、紅外壁障、車(chē)燈部分等構成。
(1)車(chē)體部分。車(chē)體部分主要由4個(gè)12 V／120轉直流電機和電池組構成，電機兩兩并聯(lián)，相當于驅動(dòng)兩個(gè)電機。為方便電池充放電，設計了充放電電路，只需撥動(dòng)開(kāi)關(guān)即可實(shí)現充放電操作。電池組電源12 V，可多個(gè)并聯(lián)使用，為機器人提高持久動(dòng)力。
(2)攝像頭及云臺。攝像頭選擇高質(zhì)量高清攝像頭進(jìn)行監控，攝像頭滿(mǎn)足0°～180°水平，0°～180°上下旋轉，可以遠程打開(kāi)或關(guān)閉。攝像頭型號為索尼PS2，通訊接口為USB協(xié)議。云臺由2個(gè)MG995數字舵機及其他輔助材料構成。
(3)路由器(WiFi模塊)。WiFi模塊采用TP—LINK全新推出的150 Mbit·s-1迷你型3G無(wú)線(xiàn)路由器。該路由器具有尺寸小，供電電壓低的特點(diǎn)。其供電電壓只有5 V，且支持OpenWrt。OpenWrt是一個(gè)基于Linux的開(kāi)源路由固件，提供了一個(gè)完全可寫(xiě)的文件系統及軟件包管理，對支持OpenWrt的路由器刷機后，其相當于一個(gè)Linux小系統。路由器選擇OpenWrt作為操作系統，將USB攝像頭采集的現場(chǎng)圖片發(fā)給遠端的PC控制終端，并將上位機發(fā)出的命令通過(guò)串口轉發(fā)給單片機控制系統。
(4)驅動(dòng)模塊?？刂瓢逯饕娫茨K、電機驅動(dòng)、舵機驅動(dòng)、下載串口、單片機電路、紅外壁障、車(chē)燈控制以及數據通信接口等。在此主要介紹電機驅動(dòng)和舵機驅動(dòng)兩個(gè)驅動(dòng)模塊。電機驅動(dòng)采用英飛凌公司的BTS7960直流電刷電機驅動(dòng)芯片，其具有大電流MOSFET半橋結構。芯片具有較高的集成度和足夠的輸出能力，并在能耗方面具有優(yōu)勢。在集成化和小型化的電機控制系統中，適合作為理想的電機驅動(dòng)芯片。
圖2為BTS7960與單片機組成的H電機驅動(dòng)單元。由于所采用驅動(dòng)芯片是半橋，因此需要采用兩片以構成全橋實(shí)現電機的正反轉。

單片機產(chǎn)生2路PWM輸出作為兩片BTS7960的控制信號，同時(shí)要求PWM0、PWM1不能同時(shí)為高電平。采用定時(shí)器輸出硬件PWM脈沖，使得單片機CPU只在改變PWM占空比時(shí)參與運算，這樣可大幅減輕系統運算負擔和PWM軟件編程成本。