基于嵌入式工业爬壁机器人遥控系统的研究

摘要

爬壁机器人是一种能够自动执行作业的机械装置，其融合了自动控制、机电一体化、无线通信以及图像处理等多领域，多学科中的先进技术，被广泛应用在建筑业、制造业、军事等高危行业。对工业爬壁机器人遥控系统的研究，已经成为实现机器人智能化、信息化的重要因素。
　　基于嵌入式工业爬壁机器人遥控系统采用Samsung公司的S3C2440A处理器双CPU控制方案，采用433MHz和2.4GHz双频段无线通信方式为主，有线通信作为备用方案，实现了对工业爬壁机器人远距离，安全性高的控制。本文的具体研究内容如下：
　　一．对工业爬壁机器人无线通信技术进行研究
　　通过对比蓝牙（bluetooth）、ZiBee以及无线射频等无线通信技术，本系统采用无线射频技术。对射频电路设计的难点、无线通信差错控制理论、CRC码编码/译码方式与RS码编码/译码方式进行研究，采用CRC效验码和RS纠错码混合编码方式，以此为基础制定无线通信协议并提出系统整体结构设计。
　　二．对工业爬壁机器人遥控系统的硬件进行设计
　　本遥控系统通过双CPU对433MHz、2.4GHz无线通信进行控制，两个频道相互独立。双CPU选用ARM920T核的S3C2440A处理器，433MHz频段选用SI4432无线收发芯片，2.4GHz频段选用CC2500模块。工业爬壁机器人遥控系统的硬件设计包括：微控制器模块、电源模块、数据采集模块、无线射频模块、数据通信接口模块、数据存储模块以及LCD显示模块，并对硬件电路进行PCB设计。
　　三．对工业爬壁机器人遥控系统的软件进行设计
　　在对工业爬壁机器人遥控系统硬件设计的基础上，系统采用KeilμVision4开发环境，C语言编程，完成对无线遥控系统的软件进行设计，主要包括：系统初始化程序、主控制器的驱动程序设计、数据采集程序、无线通信程序、CAN通信模块程序及串口通信模块程序设计。
　　四．对工业爬壁机器人遥控系统的测试与分析
　　对工业爬壁机器人遥控系统的测试与分析，主要包括：无线通信距离测试、射频模块发射功率测试、无线通信误码率测试、CAN总线通信测试以及系统的联调测试。
　　测试结果表明，基于嵌入式工业爬壁机器人遥控系统可以安全、稳定对机器人进行远距离操控，采用双CPU控制、双频段无线通信方案使可靠性大大提高，CRC码和RS码混合编码差错控制保证了无线通信的准确性，系统工作稳定，数据信息正常显示。本系统的研制成功，对工业智能机器人领域具有重要意义。

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第一章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2爬壁机器人的研究现状

1.3论文的主要工作

第二章工业爬壁机器人遥控系统关键技术研究及整体结构设计

2.1无线通信方式

2.2射频电路和低速数字电路设计区别

2.3差错控制编码理论

2.4 CRC码

2.5 RS码

2.6 无线通信协议设计

2.7爬壁机器人遥控系统的整体结构设计

2.8 本章小结

第三章工业爬壁机器人遥控系统硬件设计

3.1 系统硬件结构总体设计

3.2系统的硬件电路设计

3.3 硬件电路PCB设计

3.4 本章小结

第四章工业爬壁机器人遥控系统软件软件设计

4.1 软件的总体设计

4.2 系统初始化

4.3 数据采集模块软件设计

4.4 无线通信模块软件设计

4.5 CAN通信模块程序设计

4.6 串口通信模块程序设计

4.7本章小结

第五章 工业爬壁机器人遥控系统测试与分析

5.1 射频模块发射频率测试

5.2 无线通信距离测试

5.3 数据采集测试

5.4 CAN总线通信测试

5.5 本章小结

第六章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

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