關(guān)于排爆機器人手動控制信息采集系統(tǒng)的實現(xiàn)研究

趙遠航 王彬

摘 要 排爆是一項極具危險性的工作，為了避免工作中出現(xiàn)不必要的人員傷亡，排爆機器人被引入了該項工作中。基于此，本文著眼于排爆機器人的功能和運行系統(tǒng)，先對排爆機器人的主要類別和實際用途進行了簡要分析，而后論述了排爆機器人手動控制信息采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和PC機串口接收程序的設(shè)計方案，希望能為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞 排爆機器人;手動控制;信息采集系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計

1排爆機器人概述

排爆機器人是一種用于排爆工作的專用器材，在復(fù)雜地形當(dāng)中極為適用，屬于科技含量較高的輔助型排爆工具。

（1）分類。目前，在排爆機器人分類環(huán)節(jié)，主要可基于兩種標(biāo)準(zhǔn)而開展，其一是以操控方式分類;其二是以行進方式分類。若基于操控方式分類，則可將排爆機器人分為遠程操控型排爆機器人和自動型排爆機器人兩種。前者需要人為操控，操作人員能基于可視條件發(fā)布排爆指令，而機器人則需要對相應(yīng)指令進行執(zhí)行;后者的智能化水平更高，排爆機器人可根據(jù)磁盤程序來判斷危險品并自動完成險情排除。從成本上來看，自動型排爆機器人的成本遠高于遠程操控型排爆機器人。若依照行進方式劃分，可將排爆機器人分為輪式和履帶式兩種。大多數(shù)排爆機器人都有著轉(zhuǎn)向靈活、體積小且適應(yīng)性高的特點，能在復(fù)雜多變的地形中順利完成排爆工作。

（2）用途。從排爆機器人的名字上就可看出其功能，它可代替排爆人員轉(zhuǎn)移和銷毀危險品、可代替安檢人員完成實地勘察、可配備散彈攻擊犯罪分子，還能配備探測器材排查危險場所和物品。不過，在實踐中排爆機器人還具備其他功能。比如，監(jiān)視功能，排爆機器人可被應(yīng)用在犯罪活動監(jiān)聽和監(jiān)察工作中，可以實時監(jiān)視犯罪分子活動。

2排爆機器人手動控制信息采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

A/D轉(zhuǎn)換是基于轉(zhuǎn)換器來完成模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換的操作，在微機測控系統(tǒng)中十分常見，可通過采集現(xiàn)場模擬量來為微機控制使用提供便利。在此環(huán)節(jié)，基于危機擴展一到多塊PCIA/D采集卡的方法最為常見。不過，若應(yīng)用場景內(nèi)的模擬量少、溫度壓力存在緩變或成本要求低，則此方法并不適用。為此，本文對適用于成本要求低且采樣頻率不高場合的信息采集系統(tǒng)進行了設(shè)計，使其能為排爆機器人手動控制信息采集提供保障。

（1）硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。在排爆機器人手動控制信息采集系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，主要應(yīng)用到的硬件結(jié)構(gòu)主要有三種，其一是PC機;其二是手動信息采集板;其三是外圍傳感設(shè)備[1]。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，這三個模塊將實現(xiàn)順序連接。排爆機器人手動控制信息采集系統(tǒng)的PC機應(yīng)基于RS232通信與手動信息采集板相連，后者可對外圍傳感設(shè)備的模擬量信息進行直接采集。同時，在系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)還將應(yīng)用到MAX232芯片，它是手動信息采集板的串行芯片。在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，手動信息采集板應(yīng)該由多種元件組合而成。比如，基于串行通信芯片、處理器和多路開關(guān)，共同組建手動信息采集板。在本次系統(tǒng)設(shè)計中，以AT89C51單片機為手動信息采集板的處理器、以12位AD574A并行A/D芯片作為A/D芯片、以CD4051芯片為多路開關(guān)。此外，在排爆機器人手動控制信息采集系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，單片機與A/D芯片將對外圍設(shè)備的模擬量進行采集，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，為與PC機實現(xiàn)交流提供保障。

（2）PC機串口接收程序設(shè)計。在設(shè)計排爆機器人手動控制信息采集系統(tǒng)的PC機串口接收程序時，相關(guān)工作人員應(yīng)該將設(shè)備的COMI串行口與手動控制信息采集板的串行口相連。在實際運行環(huán)節(jié)，PC機應(yīng)基于多任務(wù)與進程的集成化模式作業(yè)，而串口接收程序也應(yīng)該成為控制系統(tǒng)當(dāng)中的子進程。因此，當(dāng)這一程序啟動時，可接收采樣數(shù)據(jù)，并向多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)發(fā)送信息，從而讓該系統(tǒng)發(fā)揮統(tǒng)一調(diào)度功能，對所有任務(wù)進行調(diào)度。在程序設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)涵蓋以下步驟：

①設(shè)置串口參數(shù)。排爆機器人手動控制信息采集系統(tǒng)設(shè)計人員，應(yīng)該對PC機串口的各項參數(shù)進行妥善設(shè)置，以便于保證串口接收程序運行有效。比如，將串口波特率設(shè)計為9600bps，將串口字長設(shè)定為8，將串口停止位設(shè)定為1，將串口校驗位設(shè)定為N。這一操作是通信程序設(shè)計的初步階段，在此環(huán)節(jié)設(shè)計人員應(yīng)保證采集板和PC機的串口參數(shù)設(shè)置情況具有一致性。在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，保證二者串口參數(shù)設(shè)置的一致性，是實現(xiàn)二者通信的前提，而這一操作也是通信程序設(shè)計的首要環(huán)節(jié)。②合理設(shè)置中斷允許寄存器。系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)該著眼于PC機當(dāng)中的8250UART芯片，并對芯片的中斷允許寄存的參數(shù)進行合理設(shè)置，進而保障該設(shè)備的應(yīng)用可靠性。在實踐中，中斷允許寄存器的主要作用是保證PC端的串行口的數(shù)據(jù)接收可以被中斷。在這一環(huán)節(jié)，必須讓中斷允許寄存器有效運行，使其能在接收到相應(yīng)數(shù)據(jù)后進入指定中斷程序。③串口中斷屏蔽位。對于中斷控制器8259A而言，其內(nèi)部的中斷屏蔽寄存器地址是21H，其擁有的8個位與IRQ0-IRQ7相對應(yīng)。當(dāng)相應(yīng)的位被設(shè)定為1時屏蔽器中斷，若回歸0位則打開中斷。基于這種方式完成通信時，應(yīng)保證中斷屏蔽寄存器的串口中斷屏蔽未被打開。也就是說，在實踐中讓21H口地址的第3或4位歸0。④設(shè)置MODEM控制寄存器。在此環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應(yīng)該對MODEM控制寄存器的第3位進行合理設(shè)置，使其保持在1的狀態(tài)，為CPU相應(yīng)所有UART中斷允許器批準(zhǔn)的通信中斷奠定基礎(chǔ)。⑤安裝中斷程序。在安裝中斷程序之前，應(yīng)做好中斷向量的設(shè)置工作。在此環(huán)節(jié)，PC機開機后，BIOS將自動設(shè)置中斷向量。在此環(huán)節(jié)，基于通信可以將中斷向量指向自己編寫的中斷服務(wù)程序。⑥復(fù)位與恢復(fù)工作。在實踐中，應(yīng)先對8250的接收中斷進行恢復(fù)，也就是基于讀取接收數(shù)據(jù)寄存器復(fù)位接收中斷。同時，在程序結(jié)束后，還要對原向量進行恢復(fù)，并退出中斷程序。在此環(huán)節(jié)，中斷接收發(fā)送程序與接收程序的機構(gòu)差異性并不大，但二者在中斷向量放置方面存在明顯差異，所以中斷程序的指令不同。此時，用于發(fā)送指令的是上位機，而用于接收指令的是下位機。

3結(jié)束語

總而言之，為確保排爆機器人手動控制系統(tǒng)運行有效，必須合理設(shè)計手動控制信息采集系統(tǒng)。在實踐中，不僅要明確排爆機器人手動信息采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和硬件性能標(biāo)準(zhǔn)，更應(yīng)該合理設(shè)計PC機的串口接收程序，為提高系統(tǒng)的信息采集能力和效率奠定基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 李偉.排爆機器人的機械臂控制平臺設(shè)計與開發(fā)[D].上海：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，2018.