发两篇有关无线数传与机器人的文章
最近一直在做课题,陆陆续续钻研了一些课题中要用到技术,并写成文章。错误之处还望大家指出。无线智能小车控制系统
吴笛 2005年10月29日
实物照片:
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概要:
本系统由上位机控制软件,无线串口收发模块,子机控制主板,子机机械执行部分等构成。由上位机(电脑)控制软件或人作出决策,把命令通过串口传给半双工无线串口通讯模块发射,又由子机的无线通讯模块接收命令,交给子机MCU处理后由机械执行机构执行。同时子机MCU可采集传感器数据,再通过无线通讯反馈给上位机,上位机可通过此数据做出决策。
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技术细节:
(1) 上位机软件
使用VB开发。通过MSComm控件来发送和接收串口数据,通过对子机发来数据的处理或由人控制作出决策,然后再通过串口发送出去。
例程:手动控制小车运动的简易程序:
Dim x As Integer
Dim s As String
Private Sub Form_Keydown(KeyCode As Integer, Shift As Integer)
If s <> Chr(KeyCode) Then
MSComm1.Output = Chr(KeyCode)
s = Chr(KeyCode)
Label1.Caption = Label1.Caption + Chr(KeyCode)
End If
End Sub
Private Sub Form_KeyUp(KeyCode As Integer, Shift As Integer)
MSComm1.Output = "0"
s = "0"
Label1.Caption = Label1.Caption + "0"
End Sub
Private Sub Form_Load()
MSComm1.CommPort = 1
MSComm1.Settings = "4800,N,8,1"
MSComm1.RThreshold = 1
MSComm1.SThreshold = 1
MSComm1.PortOpen = True
End Sub
Private Sub MSComm1_OnComm()
Select Case MSComm1.CommEvent
Case comEvReceive
Label1.Caption = MSComm1.Input
Case comEvSend
End Select
End Sub
(2) 无线通讯PC端
本系统使用的无线通讯模块是上海桑博电子科技有限公司生产的STR-18型微功率无线通讯模块。它的调制方式是FSK半双工,波特率为1.2Kbit – 9.6Kbit。提供8个可选信道,频率为433-919MHz,发射功率10mW,灵敏度-105dBm,工作电压3.6 –5.5V,可支持TTL/RS232/RS485三种电平标准,有效距离400M。
此模块虽然支持3种电平标准,但是实验表明当1方为RS232电平,一方为TTL电平时是没有办法正常传输数据的。所以在信号从上位机到达无线模块之前,先要进行电平转换。这里使用的是MAXIM公司生产的MAX232电平转换芯片,把电脑的RS232电平转换为TTL电平后再交给无线模块发射。
此模块并不自带电源稳压的功能,所以又使用了一片7805给MAX232芯片与无线通讯模块供电。电平转换与电源稳压被做在了一块小的电路板上,固定在了无线通讯模块后面。
由于串口盗电并不是非常稳定,功率也不大,所以这里使用了9V堆叠式干电池给前者单独供电。
(3) 无线通讯子机端
无线通讯子机端所采用的无线通讯模块和上位机端是一样的。由于先前已经作过电平转换,所以单片机可以直接通过无线通讯模块收发数据。子机端的模块配置必须与上位机通讯模块相同,既波特率相同,信道相同,数据位相同才能正常通讯。模块与单片机共用一个5V稳压电源。
(4) 子机控制端
目前本系统所采用的子机控制电路为本人设计的WUDI-T型机器人控制主板。它使用ATMEL公司生产的ATMEGA 16芯片作为主控芯片,ST公司生产的L293桥芯片作为马达控制芯片。它有电源稳压,LCD显示,PWM控制2路马达,一个三极管驱动,1个LED,一个按钮,一个蜂鸣器,8位拓展口等功能。串口通讯的引脚在WUDI-T上被预留了出来。WUDI-T型机器人控制主板是一个简易的控制主板,它可以完成所有的基本任务。
子机控制端的程序使用BASCOMAVR来编写。
(5) 子机执行端
子机执行端为一辆电动小车。它的动力来源为2个直流马达,电源为4节干电池或充电电池。前方有一个万向轮,底盘为单面覆铜板所制。
(6) 子机传感器
目前并没有添加传感器的需要。如果添加,可以采集地面颜色,声音,环境光等环境变量。甚至可以安装无线摄像头在子机上。传感器暂时不在研究范围内。
发展和改进的方向:
本系统应为多机器人同时由一台上位机控制,同时由上位机来协调他们的运动和任务。通讯方面即上位机为主站,单片机为从机,通过主从机制来完成通讯。
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_5/armok0191468.jpg 多智能体合作通讯的设计
吴笛 2005.11.5
总体框图:
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设计要求:
设计一套符合上图的上层通讯协议,可以完成上图所有的任务。
OSI七层参考模型
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
按照OSI 7层协议模型,在此数据链路层和物理层已经通过异步串行通讯协议UART定义,所设计的上层通讯协议是基于UART的。
设计思路与框架:
由于数据链路层与物理层都已经定义,所以还须定义网络层,传输层,会话层,表示层,应用层。
协议基本结构:
OSI七层模型 多智能体协议模型 功能说明
应用层 控制层 马达控制,A/D转换
表示层 命令,数据格式协议
会话层 规则层 从机发言顺序协议
传输层
网络层 主从机地址协议
数据链路层 通讯层 UART串口通讯协议
物理层
我将所构思的协议划分为三层,既控制层,规则层和通讯层。控制层相对应的是OSI中的应用层和表示层,其作用是理解和执行命令,采集环境变量并传回数据。规则层相对应的是OSI中的会话层,传输层和网络层,其作用是确保网络中没有人同时发言,确保从数据到达正确的目的地。通讯层相当于OSI中的物理层和数据链路层,在这里使用了UART串口通讯协议,通过此确保字符被正确地发送和接收。
1. 通讯层
通讯层是三层中最底层的一层。它是上面两层协议的基础。在这里我们使用UART串口通讯协议。协议的具体细节在VISUAL BASIC和BASCOM AVR中都已经制定好,只须采用现成的函数即可实现通讯层的数据链路层。
我们通过上海桑博电子科技有限公司生产的STR-18型微功率无线通讯模块来实现通讯层中的物理层。它通过无线方式来传输数据,使机器人可以灵活移动。
硬件连接方法为所有的子机RXD,TXD都并联,上位机的RXD与所有子机的TXD连接,上位机的TXD与所有子机的RXD连接。这样,上位机可以与所有的子机通讯,但是子机与子机之间不能直接通讯,需要经过上位机中转后才能通讯,并且同时只能有一个子机发言。
2. 规则层
规则层对应了会话层,传输层和网络层三层,然而我们只需要实现网络层和会话层。因为机器人为单进程系统,无须考虑将数据分发到指定进程的问题。
网络层对机器人的地址作出了规定。上位机的地址为OxOO,子机的地址为0x01至OxFF。地址码大小为00至FF,即支持255台子机和1台上位机。
网络层把数据包的结构定义为:第一个字节是目的地址码,第二个字节为发送机地址码,最后一个字节为结束标志Chr(13),中间为数据。数据中不可出现Chr(13),否则程序会误认为数据包已经接收完成。
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数据包结构示意图
数据包接收完成,即接收到Chr(13)后,开始分析数据包。首先检查数据包的第一个字节,若该字节与自身的地址码相符,则继续处理该数据包;若不同,则丢弃该数据包。
确认该数据包是属于自己的以后,再把数据和发送地址交给控制层协议处理。
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在子机和子机之间也要通讯的时候,上位机充当了一个数据中转站的角色。当上位机接收到目标地址不为0x00的数据包时,则通过TXD把该数据包发送出去。
由于所有子机的TXD在同一条线上,如果有两台子机同时发送数据就会导致上位机无法正确接受数据,所以我们要通过协议来确保每时每刻最多只有一台子机在发送数据。这就是会话层在此要解决的主要问题。
这里使用了主从结构,从机不主动发送数据,一切由上位机控制。当上位机想让A机和B机发送数据时,上位机就对大家说“A,向我汇报情况”,然后A机说“我是A机,一切正常”,A说好后,上位机又说“B,向我汇报情况”,然后B机说“我是B机,一切正常”,通讯结束。
如果上位机说好“A,向我汇报情况”后,A机超过100MS没有反映,则再次重复。若A机超过500MS没有反映,则上位机就认为A机不正常,跳过A机询问B机。
由于在数据包头已经包含了目标地址码,所以在命令子机发送数据时命令中无须再出现地址码。我规定,“TALK*”为让子机发送数据的命令。
上位机每次请求子机发言,都必须是在上一次通讯结束后才能开始下一次通讯。否则会引起总线冲突。同时询问的次数必须考虑传输的波特率与子机的计算速度,否则会导致整体效率低下。
3. 控制层
控制层为上层协议,主要任务是与环境,人交互和控制机械部分完成实际的任务。它是直接面对我们的一层协议。
控制层要完成的任务为:按命令控制马达与舵机,采集传感器数值并发送,采集人的决策或根据传回的数据自动作出决策,协调各机器人的运动和任务分配等。
我规定,一条命令由两个字节组成。第一个字节为设备代码,第二个字节为状态代码。每个数据包可以包含多条命令,由于设备代码只有256个,所以每个数据包的长度最多只有515字节,因此无须分割。
每个设备都有其自身独立的设备代码,并且设备状态对其有实际的意义。由于状态代码为0-255,所以每个设备最多只能有256种状态。因此PWM信号的精度最高只能为1/256。
当子机接收到了有效数据时,便将其第一条命令剥离,解释,执行,然后再把第二条命令剥离,解释,执行,直到全部命令都被剥离完。
上位机首先做出决策,例如“A往左,B往右”,然后分离为“A往左”和“B往右”,接着分离为“A的1号电机反转,2号电机正转”,“B的1号电机正转,2号电机反转”,最后分为2个数据包发送出去。 wudi兄弟不用上课了? 当然要上,只是今天生病了 wudi兄病了??慰问一下。
对于osi的实际应用值得借鉴。
小车能翻过来拍一张吗?想看一下机械部分。谢谢。 今年创新大赛我们见过的,你在一个激光超载检测的边上,项目是微量精密取液器是吧?
我就是一直跑到激光器便上来的那个,不知你还有没有映像。 想不到我们居然见过!
你是哪个课题的?我记得有不少人跑到那来的。 http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_5/armok0191506.JPG
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http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_5/armok0191509.JPG
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_5/armok0191510.JPG
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_5/armok0191511.JPG 我当时是一个低功耗待机节电器。连那本红色的获奖名单我们都在前后!你是94号,我是93号。 http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_5/armok0191512.jpg
你的工作台让我想到了我们的实验室。那个在焊东西的人是我。
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右起第二个是我。
-----此内容被zhou_1989于2005-12-12,20:29:55编辑过 彻底想起来了 唉,各个年少有为呀。
怀念学生时代。 wudi,其实无线数传有更好的选择:
nRF905,带硬件CRC和地址检查,简单可靠。虽然每个包最长只有32字节,但对机器人控制来说,已经足够了。
这个软件通讯协议就非常简单了。 吴迪同学,你做得很不错。
上海桑博电子科技有限公司特赠送你壹对STR-18无线模块,以此鼓励。
具体领取办法已发到你的邮箱内,请查收。
联系人:左国平
电话:021-50807785-803 13816690692 STR-18无线模块的零售价格是多少? 中国的机器人有了希望! 真牛 后生可畏 可为! 我真没见比买的遥控车有什么优越
价值体现在呢?!?!?!??! 目前的机器人商业价值都是很有限的。
至于lz的这些东西,价值就在于为中国的未来培养人才吧。 18楼:
可以写协议,可以加密码,可以传输文件,可以干很多事情。
我不是做产品的,这篇文章的意义并不在于怎么做遥控车,而在于无线数传模块在机器人上应用的基本框架 什么时候搞一个扩频数传模块就爽了 无敌的精神在于兴趣!教育能鼓励学生这样就好了。。。
现在不用拿出产品市场之类的来说吧,太功利了。 厉害啊,我上高中的时候除了做题还是做题.本以为到大学就可以按兴趣学习了,发现还是做题! 不错,加油啊 顶不错,那个小车子我喜欢,呵呵 顶不错,那个小车子我喜欢,呵呵 确实无敌完了,加油!! 我现在正想做一个机器人 但是我想传输视频 短距离 不知该选什么型号的芯片来做无线这一模块 这个,方便的话去买视频传输模块吧。400M、2.4G的都有。
这个发射挺烦的。 不错的小车 确实无敌了 太牛了,小生佩服!
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