|
1 總體方案設計 畜牧養殖智能消毒機器人控制系統由機器人智能控制模塊、監視模塊、及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊模塊等三大部分組成。工作過(guò)程是通過(guò)接入互聯(lián)網(wǎng)的手機或者微型計算機客戶(hù)端通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )向遠程的機器人發(fā)送控制指令代碼，期間傳輸信號由發(fā)送端使用加密狗加密。當信號經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到接收終端時(shí)，智能消毒機器人網(wǎng)絡(luò )模塊把接收的指令傳送到處理器，處理器指示驅動(dòng)模塊驅動(dòng)智能消毒機器人執行動(dòng)作。運動(dòng)的同時(shí)監視模塊把采集到的圖像通過(guò)無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)傳輸到客戶(hù)機端，其整體結構如圖1所示。 1.1 智能控制模塊 此模塊是智能消毒機器人的核心部分。采用的是嵌入式系統設計，可以準確高效地運行及處理數據�？刂破魍ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò )組件WIFI或者GPRS與外部網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據通訊，用戶(hù)可以使用家用寬帶網(wǎng)絡(luò )或者手機短信的方式實(shí)現模塊的遠程控制。同時(shí)在本地控制還可以應用紅外無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)、數字液晶屏來(lái)提供本地人機交流界面。 1.2 網(wǎng)絡(luò )模塊 智能消毒機器人無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊模塊，是智能消毒機器人通訊信號傳輸的重要組成部分，由WIFI或者GPRS模塊來(lái)實(shí)現通訊。通訊中介是家用無(wú)線(xiàn)路由或者移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )GPRS。 1.3 監視模塊 智能消毒機器人監視模塊通過(guò)單片機驅動(dòng)舵機實(shí)現全方位的監視。視頻信號通過(guò)攝像頭來(lái)采集，信號轉換后將視頻的PAL信號傳輸至處理器，經(jīng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸實(shí)時(shí)傳到客戶(hù)端。攝像頭的控制與智能控制模塊連接，攝像頭的運動(dòng)受控制模塊的控制。 1.4 驅動(dòng)模塊 智能消毒機器人驅動(dòng)模塊是通過(guò)可編碼的直流電機來(lái)驅動(dòng)的。當處理器接收到客戶(hù)端傳來(lái)的指令，處理器對驅動(dòng)模塊信號處理，從而實(shí)現智能消毒機器人全方位的移動(dòng)。 2 系統硬件設計 本文采用的是PHILIPS單片32位ARM微控制器LPC2138，作為控制器的處理器，負責和WIFI、GPRS無(wú)線(xiàn)通訊模塊、監視模塊、數據存儲、鍵盤(pán)、紅外、顯示屏等模塊進(jìn)行數據通訊和對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )客戶(hù)端發(fā)送的信號進(jìn)行采集和處理。 2.1 控制核心模塊 ARM外圍電路包括電源鍵盤(pán)顯示屏、SD卡、SDRAM以及與各個(gè)輔助模塊進(jìn)行連接的擴展接口等。ARM處理器內嵌512k FLASH、32k的可讀寫(xiě)RAM。電路中SDRAM芯片選用hy57v25641，存儲容量為16M。用其做系統運行所需內存，為操作系統信號的采集和數據的處理提供了可靠的運行空間。擴展的接口有串口、USB接口。串口為下載程序和與GPRS模塊通訊用，USB接口用于與WIFI連接從而接入無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。LCD顯示屏主要與鍵盤(pán)配合完成本地人機交互界面，LCD液晶240×320像素，65k色，驅動(dòng)芯片是ili9325。鍵盤(pán)采用的是PS2接口方便使用電腦鍵盤(pán)，與LCD合力完成本地人機信息交換。串口通過(guò)MAX232與上位機進(jìn)行通信，輔助單片機的下載通過(guò)ISP下載，支持在線(xiàn)調試。 2.2 外圍網(wǎng)絡(luò )模塊 WIFI和GPRS模塊用于實(shí)現處理器與客戶(hù)端的通信連接。WIFI模塊采用的是wf8000-u USB WIFI模塊。GPRS模塊采用的是BENQ M22A模塊。各通訊模塊外圍電路主要有：電源部分、工作指示及數據連接擴展口組成。 2.2.1 TTL電平 GPRS模塊與處理器的連接通過(guò)串口通訊，模塊與處理器間的電平均為T(mén)TL電平，所以無(wú)需進(jìn)行電平轉換就可直接進(jìn)行連接。 2.2.2 MAX232轉換電平 由于編程及調試控制器電腦與處理器間的電平定義不同，采用MAX232進(jìn)行電平的轉換，其外圍電路主要有電源供電部分。 MAX232電平轉換模塊用來(lái)把電腦端的RS232信號處理得到TTL電平，實(shí)現電腦和處理器及GPRS模塊之間的通信電路如圖2所示。 2.2.3 GPRS外圍網(wǎng)絡(luò )模塊 GPRS模塊第15管腳必須持續3s的低電平才能實(shí)現模塊的啟動(dòng)。本文采用的是軟件模擬低電平GPRS模塊啟動(dòng)。關(guān)機電路同樣是管腳持續低電平3s，電路如圖3所示。 GPRS模塊第35腳是一個(gè)工作狀態(tài)指示燈接口，狀態(tài)表示分別為：亮1s滅1s為啟動(dòng)搜索信號;亮1s滅2s為信號正常;持續點(diǎn)亮為有數據輸入或者輸出。其工作原理圖如圖4(a)所示。圖4(b)為GPRS模塊SIM卡連接示意圖。 GPRS模塊串口工作方式的電平為T(mén)TL電平，所以GPRS模塊和控制核心處理器的連接可以是直接連接。但考慮到模塊的調試及程序的燒錄，所以在GPRS模塊與處理器連接處使用轉接開(kāi)關(guān)。以此完成電腦到處理器的通信、GPRS模塊到電腦的通信。GPRS模塊、處理器、電腦的通信電路連接示意圖如圖5所示。 3 監視模塊 監視模塊采用的是普通高清視頻攝像頭，分辨率達1024×768。視頻采用PAL模式傳輸經(jīng)處理器處理，通過(guò)無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)把圖像傳輸到客戶(hù)端，其電路圖如圖6(a)所示。攝像頭的各方位由單片機驅動(dòng)舵機來(lái)實(shí)現，舵機驅動(dòng)電路如圖6(b)所示。 4 驅動(dòng)模塊 驅動(dòng)模塊采用的驅動(dòng)芯片為L(cháng)298N，該芯片功率大，電源可直接采用12V。單個(gè)芯片可以控制兩個(gè)直流電機，本文采用兩片L298N以實(shí)現智能消毒機器人的各方位移動(dòng)。電路如圖7所示。 5 電源模塊 電源部分采用的是12V直流鋰電池，功率為10W。對各個(gè)模塊部分進(jìn)行分別供電。穩壓管采用的是7805。由于GPRS對電源要求特別高，所以單獨采用一個(gè)LM2941S對其供電。 wf8000 WIFI模塊是華為公司生產(chǎn)的一種專(zhuān)門(mén)用于嵌入式系統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )模塊。模塊符合802.11b標準，芯片采用prism3.0。原理圖如圖8所示。 6 結論 利用本控制系統，可以實(shí)現機器人的遠程控制及工作環(huán)境實(shí)時(shí)監控。結合消毒機械裝置可以實(shí)現在特殊工作環(huán)境下的智能遠程控制消毒工作。在畜牧養殖等一些環(huán)境較差的場(chǎng)所可以代替人工作實(shí)現更多的功能，為養殖工作帶來(lái)便利。 |
