无线网络音视频采集机器人平台.docx

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1、无线网络音视频采集机器人平台比赛编号：A377日期：2007-1-6单位：南京大学电子科学与工程系参赛者情况：(1)姓名：刘虎职业：在校本科生(2)姓名：李圣红职业：在校本科生(3)姓名：陈坤职业：在校本科生(4)姓名：王玉龙职业：在校本科生(5)姓名：周春城职业：在校本科生联系方式：姓名：刘虎电话：13921429383地址：江苏省南京市南京大学浦口校区8栋2单元103【摘要】在现实生活与生产领域，经常需要一种机器人能够代替人类在复杂环境下从事劳动，如灾难搜救、危险场所作业与狭小空间内的勘探等，这种机器人通常要求体积小、重量轻，具有行走功能与感知功能，同时能够远程遥控。本方案基于st-arm

2、7嵌入式系统、CMOS图象传感器与无线传输技术，能够实现一个遥控机器人，通过遥控采集目标图象与声音，并实时传回至PC机显示.同时我们能够通过PC机对机器人进行实时操纵。系统具有如下特点：(1)实时传回目标处的图象声音信息，便于及时作出推断与决策(2)体积小巧，可遥控到达如中央空调通气道等狭小空间内(3)操纵与图象显示端使用普通PC机，无需额外成本(4)通过扩展增加作业机构能够实现遥控作业，如排爆等【关键词】CMOS图象传感器、arm嵌入式系统、无线传输，遥控机器人系统方案：一、概述系统要紧由移动机器人终端与PC机操纵终端两部分构成，机器人终端实时采集目标的图象信息，通过无线网络传回PC机终端，

3、PC机终端将图象信息显示在LCD上；同时能够通过PC机终端向机器人发出指令操纵其运动，能够用于矿难搜救、排爆与中央空调通风管道的检测、清洁等。系统整体框图如下：视频语音数据ARM系统*-v无线/I 1机器人终端与PC机终端通过无线网络互连，建立全双工通信，机器人终端往PC机端传送图象信息，PC机端往机器人端传送运动操纵信号。机器人终端要紧由图象采集、数据处理、无线传输与伺服机构操纵4个模块构成，通过运行嵌入式操作系统驱动这四个模块协调工作。其中图象采集模块使用CMOS摄像头，根据CMOS摄像头初步拟订有两个子方案供选择：(1) 假如能有自带硬件编码的CMOS摄像头，可直接得到MPEG-4格式的

4、图像文件,则直接将其打包发送，这样得到的图象连续性好，而且需要带宽少。(2) 假如无法找到自带硬件编码CMoS摄像头，则通过数据处理模块将图象简单地处理，得到如jpeg格式之类的图片格式发送，这种方案需要带宽大，而且在限定带宽下画面连续性较MPEG-4格式的图像也有差距，但是由于机器人移动较慢，即便每秒两幅图片也己足够，因此此方案也能够选择。二、硬件部分介绍机器人终端硬件包含系统板与伺服机构两部分，其中系统板基于STR710FZ2T6处理器芯片，外部扩展RAM与FLASH存储器以便于运行嵌入式操作系统，通过USb接口连接摄象头与无线网卡，用于运行操作系统、采集图象信息并与PC终端通讯；伺服机构

5、要紧为两片LMDI8245芯片与直流电机，通过STR710芯片的GPlO与系统板相连，负责操纵机器人的运动。硬件框图如下：下面分别对各重要部分电路作简单介绍:a,电源部分：外部电源输入电压为5V,通过由图中LI、L2、C1-C4构成的去耦电路后，一路作为USB接口电源，另一路接到LMIlI7芯片，LM1117芯片将5V电压转化为3.3V电压，供数字芯片使用。此外，STR710芯片、晶振与串口芯片MAX3232各用一个IoUF与一个0.1UF电容去耦，其余芯片则各并联一个0.IuF电容。b,STR710处理器部分：jU0口！ Hmvi 0K a03K n PSQB3BI SnaaVIiH_ 九

6、TInrrrT 3Onam _namJH aus -JN OK6JN dSSs FsJN mlet OXXJrl UXjrlLLkI=三三=三=三=三三处理器芯片使用STR710FZ2T6芯片，由/CSO与/CSl信号分别选通外部扩展的FLASH与RAM地址段,使用了芯片的USB、JTAG接口与U2串口；另外,芯片的P2.8-P2.15与Pl.O-Pl.6引脚用于操纵伺服机构,Pl.13、PL14用于操纵PCB板上的两个指示灯LED。c,时钟源部分：系统使用3个晶振，其中16U与48M的有源晶振信号分别作为STR芯片的主时钟与USB时钟，32K的振荡器用于提供实时时钟信号。d,存储器部分：由于

7、处理器芯片数据总线为16位，寻址方式为双字节，地址线Ao固定为低电平，因此AO地址线不使用，直接以Al为最低位地址。RAM：LADDRlLADDR2 10LADDR3 9LADDR4 8LADDRS 7LADDR6 48LADDR7 47LADDRd 46LADDR9 4S LADDRl(M4LADDRn 38 LADDRl 237 LADDRI336LADDRI435LADDRl534LADDRI621LADDRl720 LADDRl8 19 LADDRI9 18LaDDE?LADDR2 39U-RAMlAO AlA2A3A4 AS A6 A7 A8 A9A2O/WROnolWE notCE

8、 notOELDATAO LDATAl LDAT心 LDATA3 LDATA4 LDATA5 LDATA6 LDATA?OHDSX : GHD 力:二 GHDVDDVDaVDDVDDUJtAM2LADDRl Il LADDR2 10LADDR3 9 -LADDR4 8 -LADR5 7 -LADDR6 48 - *LA口口R7 47公LADDR 4 一LADDR9 45LADDRlD44-：LADDRI 138MLADDRl2 第 一 ：；：LAgRi 3 交LADnFl 45 - MLAgRg MLAoDRB21一：LADDR17R 然LADDR19 一笫 LAgRI918LADDR20口

9、一LADDR2】39找notWE notCE notOEGNDGNDGNDGNDGNDLDATA8LDATA9LDATA10LDATAU LDATA12 LDATA13 Ydata 14 工DATAISTVDD33TCSSV82TC55V82RAM通过STR710的/CSl信号选通，考虑到需要运行操作系统，需要较大的内存，使用TC55V8200芯片，TC55V8200是TOSHIBA公司生产的CMOS静态RAM,8位数据总线，每片能够提供2M字节的容量。使用位扩展的方法,将两片TC55V8200分别定义为16位数据的D(TD7与D8D15,与STR710芯片的16位数据总线相连，可得到4M字节

10、的容量。/WRO、/WRl低高字节写同意信号分别接到两片RAM的/WE端，操纵奇偶地址单元的写同意。FLASHmemory：UJLASHLADDRl LADDR2LADDR3 LADDR4LADDR5 LADDM LADDR?LADDR8 LADDa LADDRIo LADDRII LADDR12 LADDR】3 LADDRM LADDRl 5 LADDRI6 LADDR】7 LADDR】8 LADDRI9 LADDR20LADDR21 LADDR2229 亘 33 35 38 4C亘 3 3 至 夯LDATAO LDATAl LDATA2LDATA3 LDATA4LDATA5 LDATA6L

11、DATA7 LDATA8LDATA9 LDATAlO LDATAHLDATA】2LDATA】3 LDATAM LDATAI5tA20NCA21NCVDDOE近CERSTNC VP28311ATR,26 OO VDD33R_FLA:ST39VF320M40FLASHFLASH存储器使用ST39VF640芯片，它有8M字节容量，16位数据总线，可与STR710芯片直接相连。芯片由/CSO信号选通，/WRO信号操纵写同意，通过LFALSH跳线能够操纵芯片的写保护，防止数据被破坏。e,串口接口部分：STR710的U2串口用于调试时与PC机之间的通讯，DB-9接口的RTS连到自身的CTS与Rl端，同时D

12、TR线也连到自身DSR端，这样只要接通电源就能够直接传输数据。为了符合RS232C规定的电压标准，RX、TX信号通过MAX3232芯片进行电压转换，由于MAX3232对电源的影响比较大，因此对其多加了一个IOuF的去耦电容。f,JTAG调试接口部分：g, USB接口部分:VDD33USBVCC5USBUSBDNUSBDPC USBNR_USBN 27 v z R USBP -VDD33R USB PUSBVBUSD-D+GNDUSBPORTUSB接口关于系统很重要，重要部件（CMOS摄象头与无线网卡）都通过USB接口与系统相连。由于需要扩展两个USB接口，初步打算只在PCB板上画一个USB接口

13、，通过外接市场上购买的USB扩展坞扩展。f,无线传输模块：无线模块使用基于802.11协议的WLANo在机器人端与PC端各有一块，通过usb接口接入系统，在有效范围内传输速率可达30OkbPS左右。g,伺服机构：考虑到机器人的速度不用太快，却需要习惯较复杂的环境，而履带具有爬坡能力强、转弯半径小等优点，正满足要求，因此使用履带驱动。左右履带各使用一个普通永磁直流电机驱动，电机用脉冲操纵，为了保持两台电机的同步，使用了锁相环反馈的方法，并通过功放电路增加输出功率。当使用双极性输出方式驱动直流电机时，其固定斩波时间设定为：QTjM=LIRC=I.1x202x2.2x10-9电流传感电阻的阻值RS为

14、:DDACREFXTZR=325010-6Lo.dwx功放使用国家半导体的功放集成电路LMD18245,LMD18245是为中小型直流电机及两相步进电机设计的功率放大集成电路。包含了直流电机与步进电机驱动及操纵所需的所有电路模块，如四位D/A转换器、电机电流传感放大器、比较器、单稳电路、输入及操纵逻辑、过流保护、欠压保护、过热保护等。其要紧性能参数如下：芯片的DIRECTION端连接微操纵器的PwM输出。通过改变PWM脉冲的占空比，能够改变电机的转速与转向。微操纵器能够通过M4Ml端改变电机的最大电流阀值，操纵电机的力矩大小，从而方便地实现电机调速。由于电机电流的跳变及转向的经常出现，因此电源线上也会出现脉冲电压与浪涌电流，为了避免对系统电源产生影响，使用高频陶瓷滤波电容与大容量的铝电解电容来分别消除脉冲电压与浪涌电流。陶瓷电容值为IuF,铝介质电容按负载电流100UF/A配置。电路原理图如下：工作温度范围-40C+125C电机电源电压范围+12V+55V最大逻辑电压+12V最大输出持续电流3V最大输出峰值电流6V最小输入脉冲宽度2us电流传感器最大线性误差（0.5A3A）9%h,PCB图（具体SCHPCB文件见附录）：LMD18245T(15)Ml OUTl