探測機(jī)器人設(shè)計

李 磊，王慶芬，李正軒

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，河北石家莊，050041）

探測機(jī)器人設(shè)計

李 磊，王慶芬，李正軒

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，河北石家莊，050041）

本文以STC15F2K60S2單片機(jī)為核心設(shè)計了一款探測機(jī)器人。系統(tǒng)通過NRF24L01無線發(fā)送6通道遙控指令，其中四個通道是由兩個雙電位器操縱桿控制，控制減速電機(jī)驅(qū)動機(jī)器人行走以及攝像頭云臺的轉(zhuǎn)向，另外兩個通道由兩個按鍵控制。手持設(shè)備的OLED屏可以顯示探測機(jī)器人速度和角度。圖像部分采用5.8G圖像傳輸模塊，圖像發(fā)送模塊裝于機(jī)器人上與攝像頭有線連接，圖像接收模塊連接控制端顯示屏。該探測機(jī)器人可以在千米以內(nèi)的距離精確控制電機(jī)的速度和舵機(jī)的角度，實(shí)時接收機(jī)載攝像頭傳來的畫面。

單片機(jī)；機(jī)器人；圖像傳輸

1 系統(tǒng)功能

本文以STC15F2K60S2為核心設(shè)計制作了一款探測機(jī)器人，該機(jī)器人通過NRF24L01實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備和機(jī)器人之間的通信。手持遙控器上設(shè)置兩個遙感電位器，一個電位器的數(shù)值改變能夠準(zhǔn)確的控制機(jī)器人的行進(jìn)速度，另一個電位器的數(shù)值改變能夠精準(zhǔn)的控制攝像頭云臺的轉(zhuǎn)角。攝像頭和遙控器上的顯示屏之間通過圖像傳輸模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 系統(tǒng)方案

探測機(jī)器人硬件系統(tǒng)包含發(fā)送端和接收端兩部分，主要由控制模塊STC15F2K60S2、舵機(jī)模塊、NRF24L01無線模塊、OLED液晶屏顯示模塊、圖像傳輸模塊組成。無線模塊實(shí)現(xiàn)遙控器和機(jī)器人之間的通信，遠(yuǎn)程控制機(jī)器人動作。OLED液晶顯示模塊顯示電機(jī)速度和舵機(jī)的角度。舵機(jī)用于帶動機(jī)器人上的攝像頭轉(zhuǎn)動，便于拍攝不同的角度。圖像傳輸模塊負(fù)責(zé)攝像頭和顯示屏的圖像傳輸。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 主控模塊

STC15F2K60S2單片機(jī)具有1T的單時鐘周期具有高速的處理數(shù)據(jù)處理功能，片內(nèi)61字節(jié)大小的程序存儲器Flash，滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理速度的要求。系統(tǒng)采用12V電源供電，經(jīng)LM7805穩(wěn)壓芯片后將電壓轉(zhuǎn)換至5V供給單片機(jī)。

3.2 NRF24L01無線模塊

NRF24L01無線模塊與主控制芯片通過軟件模擬SPI通信進(jìn)行發(fā)送接收信息，6個引腳與單片機(jī)的I/O相連進(jìn)行，VCC需要AMS1117模塊將5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，供NRF24L01無線模塊使用，GND與單片機(jī)的GND共地即可。

3.3 圖像傳輸模塊

圖像傳輸模塊分為發(fā)送模塊和接收模塊，采取同樣頻段進(jìn)行通信，圖像發(fā)送模塊將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送到圖像接收端語音模塊，再轉(zhuǎn)換成視頻信號顯示出來。

3.4 OLED液晶顯示模塊

OLED被稱為有機(jī)發(fā)光二極管，其具有體積小、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)據(jù)接口類型有兩種，SPI接口和IIC接口，系統(tǒng)采用7引腳4線制SPI接口通信方式。

3.5 舵機(jī)模塊

舵機(jī)將直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等部分都集成為一體，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)角度的精確控制。舵機(jī)內(nèi)部有一個電位器或者其它任意一個角度傳感器測出中軸的轉(zhuǎn)動角度，控制板根據(jù)電位器或者角度傳感器的數(shù)據(jù)信號能夠較為精確的控制并保持住中軸的角度。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分由主程序和子程序組成，主程序組合了所有子程序。子程序有：NRF24L01無線發(fā)送子程序、NRF24L01無線接收子程序、OLED液晶顯示子程序和舵機(jī)子程序。實(shí)現(xiàn)基于NRF24L01無線模塊的遠(yuǎn)程遙控控制，準(zhǔn)確控制機(jī)器人的行動速度、方向和攝像頭云臺的轉(zhuǎn)角；攝像頭和控制端顯示屏之間通過圖像傳輸模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)探測機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作監(jiān)控功能。

探測機(jī)器人設(shè)計的主流程圖分為發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送端和接收端由兩個單片機(jī)系統(tǒng)分別完成對遙控和機(jī)器人的控制，發(fā)送端主程序包括定時器初始化、AD轉(zhuǎn)換初始化，子程序包括遙控電位器數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序、NRF24L01無線SPI通信子程序和無線發(fā)送子程序；接收端主程序包括NRF24L01無線SPI通信子程序、無線接收子程序、數(shù)據(jù)接收子程序和外設(shè)控制子程序。

5 總結(jié)

經(jīng)測試，本文所設(shè)計探測機(jī)器人可以通過NRF24L01+PA+LNA增強(qiáng)版無線模塊來遙控機(jī)器人的動作；使用5.8G圖像傳輸模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)載攝像頭和控制端顯示屏的通信；LM7805降壓電路使系統(tǒng)的電源更加的高效穩(wěn)定。

[1]馬躍坤,應(yīng)時彥,楊文君,肖林榮.基于nRF24LE1的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010.

[2]高健.小型履帶式移動機(jī)器人遙控自主導(dǎo)航控制技術(shù)研究[D].北京理工大學(xué),2015.

[3]王軍德,肖剛.曲面上兩輪移動機(jī)器人的建模與分析[J].機(jī)床與液壓,2008.

[4]邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用在線開發(fā)方法[M].清華大學(xué)出版社,2004.

Probe Robot Design

Li Lei,Wang Qingfen,Li Zhengxuan
（Department of Electrical Engineering, Shijiazhuang Instruction of Railway Technology, Shijiazhuang Hebei,050041）

A detecting robot based on STC15F2K60S2 is designed in this paper.The system uses NRF24L01 wireless to send a six-channel remote command,four of these channels are controlled by two operating lever,which are used to control robot and platform by driving the decelerator motor.two channels are controlled by two buttons.The OLED screen can show the speed and angle of the probe robot.The image part adopts the 5.8 G image transmission module.The image sending module is attached to the robot.The image receiving module connects the display.The robot can accurately control the speed of the motor and the angle of the steering gear within kilometers,and the images from the onboard camera can be

in real time. Key Words：SCM；Robot；Image transmission