便攜式移動(dòng)機器人手持監控系統設計

　　目前，便攜式移動(dòng)機器人全自主控制方式尚不成熟，其監控系統普遍采用人在環(huán)半自主控制方式設計。為滿(mǎn)足攜帶、系統小型化、嵌進(jìn)式的結構特點(diǎn)，故設計便攜式移動(dòng)機器人手持監控系統，并將其用于履帶結構便攜式移動(dòng)機器人實(shí)驗平臺。

　　功能設計

　　手持監控系統對便攜式移動(dòng)機器人起到監視與控制的全局性作用。手持監控系統可劃分為視頻圖像監視模塊、狀態(tài)信息監測模塊、遠控指令模塊、無(wú)線(xiàn)通訊模塊、數字與圖交互模塊、全局路徑規劃模塊六大功能模塊（見(jiàn)圖1）。

　　視頻圖像監視模塊對便攜式移動(dòng)機器人所處環(huán)境進(jìn)行視頻監視；狀態(tài)信息監測模塊對機器人自身狀態(tài)信息的監測；遠控指令模塊實(shí)現基本的運動(dòng)指令編碼以及發(fā)送；無(wú)線(xiàn)通訊模塊實(shí)現運動(dòng)指令、狀態(tài)信息、視頻信號等數據的無(wú)線(xiàn)傳輸；數字輿圖交互模塊實(shí)現環(huán)境地理信息的數字化顯示及人機交互功能；全局路徑規劃模塊實(shí)現點(diǎn)到點(diǎn)的最優(yōu)路徑搜索功能。

　　硬件系統

　　手持監控系統的硬件系統可劃分為若干模塊，各個(gè)模塊實(shí)現自身相對獨立的功能。

　　硬件結構與接口

　　手持監控系統硬件系統采用基于嵌進(jìn)式系統的PCI 總線(xiàn)的PC/104plus 總線(xiàn)結構，分為無(wú)線(xiàn)通訊、嵌進(jìn)式圖像采集、中心處理、遠控器、液晶顯示等五大模塊。無(wú)線(xiàn)通訊模塊又劃分為無(wú)線(xiàn)數據傳輸和無(wú)線(xiàn)視頻傳輸模塊。無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊實(shí)現運動(dòng)指令、狀態(tài)信息等窄帶數據無(wú)線(xiàn)傳輸；無(wú)線(xiàn)視頻傳輸模塊實(shí)現視頻圖像信號等寬帶數據無(wú)線(xiàn)傳輸。

　　硬件系統各模塊通過(guò)接口實(shí)現信息交換與數據共享。中心處理模塊通過(guò)PC/104plus 總線(xiàn)與嵌進(jìn)式圖像采集模塊接口，實(shí)現模塊之間視頻圖像數據的傳輸。中心處理模塊與無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊及遠控器模塊通過(guò)串口連接。中心處理模塊通過(guò)TTL接口與液晶顯示模塊連接。嵌進(jìn)式圖像采集模塊與無(wú)線(xiàn)視頻傳輸模塊通過(guò)RCA 接口實(shí)現復合視頻信號的傳輸（見(jiàn)圖2）。

　　硬件模塊實(shí)現

　　無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊采用微功率無(wú)線(xiàn)數據傳送單元實(shí)現。嵌進(jìn)式圖像采集模塊采用PC/104plus總線(xiàn)結構的嵌進(jìn)式圖像采集卡實(shí)現。中心處理模塊采用PC/104plus總線(xiàn)結構的單板機實(shí)現。遠控器模塊通過(guò)自行設計電路板實(shí)現按鍵掃描、指令編碼以及串口發(fā)送等功能。液晶顯示模塊采用小型彩色液晶屏實(shí)現。以上各硬件模塊實(shí)現符合手持設備小型化、便攜式的硬件要求。

　　軟件系統

　　手持監控系統的軟件系統選用Windows CE（WinCE）作為嵌進(jìn)式操縱系統平臺，監控系統軟件包括：操縱系統定制、設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、應用程序。應用程序又分為：鍵盤(pán)掃描模塊、串口通訊模塊、視頻處理模塊、數字輿圖模塊、路徑規劃模塊五大模塊（見(jiàn)圖3）。

　　操縱系統定制

　　操縱系統定制主要根據系統需要建立操縱系統平臺并對其進(jìn)行相應的配置。通過(guò)平臺裁剪工具Platform Builder（簡(jiǎn)稱(chēng)PB）完成。

　　設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

　　WinCE的驅動(dòng)程序分為：本機設備驅動(dòng)程序和流接口驅動(dòng)程序［5］。本機設備是指集成到目標平臺的設備，其驅動(dòng)程序由原設備制造商（OEM）提供。流接口驅動(dòng)程序是指連接到WinCE平臺的外部設備驅動(dòng)程序，由用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)。流接口驅動(dòng)程序把外部設備看作文件系統的特殊文件，通過(guò)文件讀取函數間接地訪(fǎng)問(wèn)外部設備。

　　嵌進(jìn)式圖像采集卡驅動(dòng)程序分為三部分：

　?。?） 內核部分

　　實(shí)現中斷服務(wù)例程（ISR）。內核函數實(shí)現了物理中斷號與邏輯中斷標識之間的映射關(guān)系，并調用中斷服務(wù)例程，中斷服務(wù)例程在中斷發(fā)生后向內核返回中斷邏輯標識。

　?。?） 驅動(dòng)程序部分

　　實(shí)現WinCE 流接口驅動(dòng)模型所需要的文件操縱接口函數，包括：采集卡初始化、數據讀取和采集卡句柄封閉。

　?。?） 應用程序部分

　　通過(guò)調用設備注冊函數將嵌進(jìn)式圖像采集卡中斷驅動(dòng)程序加載到系統內存，并根據采集卡初始化參數設置修改WinCE系統注冊表文件。

　　應用程序設計

　　鍵盤(pán)掃描模塊及串口通訊模塊單片機程序在單片機集成開(kāi)發(fā)環(huán)境uVision2下用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)外，其余模塊均在EVC（Windows CE Embedded VisualC++）下開(kāi)發(fā)。

　?。?） 鍵盤(pán)掃描模塊

　　鍵盤(pán)掃描模塊主要實(shí)現單片機對薄膜鍵盤(pán)的按鍵識別及鍵值顯示功能。薄膜鍵盤(pán)屬于行列式非編碼鍵盤(pán)，按鍵的識別通常采用逐行掃描查詢(xún)法實(shí)現。程序采用軟件延時(shí)的方法處理抖動(dòng)。鍵值顯示則通過(guò)單片機對液晶屏串行數據口編程實(shí)現。

　?。?） 串口通訊模塊

　　串口通訊模塊主要實(shí)現單板機與單片機之間的串行數據通訊功能。該模塊包括單板機串口通訊程序、單片機串口通訊程序、串口通訊協(xié)議三部分。

　?、?單板機串口通訊程序。由于WinCE不支持串口通訊控件的使用，所以EVC下的單板機串口通訊程序開(kāi)發(fā)只能通過(guò)調用文件操縱函數實(shí)現。