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排爆机器人无线数据通信与监控平台的研究

作　者: 刘琦
导　师: 顿向明
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 排爆机器人无线数据通信系统嵌入式系统微处理器 μC/OS-II
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 70次
引　用: 4次
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内容摘要

反恐排爆机器人系统主要用于代替人工,直接在案发现场进行侦察,排除和处理爆炸物以及其它危险品,也可以对一些持枪的恐怖分子及犯罪分子实施有效攻击,是反恐专业队伍中必不可少的重要装备,同时也广泛应用于救援以及作战平台领域。本文针对上海市科委重点项目《反恐排爆机器人系统研究》,采用上下位机控制结构实现大型爆炸物处理功能,并着重研制了面向灵活移动载体和大型排爆机械手的上位机无线数据通信与监控平台系统。通过本系统,操作者不但可以向远程的机器人平台发送各种相应的机器人的运动控制指令来实现机器人的运动控制,而且它还为操作者提供反恐机器人系统的最新的状态数据和机器人工作现场的实时视频和音频信息,从而实现操作者和机器人之间的交互。本文主要内容如下:首先,在分析论述了反恐机器人系统国内外的发展现状及趋势的基础上,对平台控制系统进行了总体设计。并按照功能要求将系统按模块进行划分,使开放式系统模块化设计思想贯彻于系统的设计总过程。其次,设计了上位机无线数据通信和监控平台系统硬件,实现了操作按钮、操纵杆信息采集、现场信息显示、报警信息处理等若干硬件模块,然后对每一个模块进行详细的设计,并设计了无线视频与音频监视平台的硬件结构。最后,设计了上位机无线数据通信和监控平台的软件结构,在底层软件部分,定制了基于LPC2131ARM微控制器的μC/OS-II操作系统,实现了此系统在微处理器上的移植。在上层软件部分,针对系统的硬件结构对平台系统的各功能模块进行软件设计,实现了系统功能要求。还提出了一种基于Golay码的通信系统纠错编码算法,保证了系统通信的可靠性和实时性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 引言  9
  1.2 课题来源  9
  1.3 课题的研究背景  9-10
  1.4 排爆机器人的国内外研究现状及其发展趋势  10-15
    1.4.1 国外排爆机器人研究现状  10-12
    1.4.2 国内排爆机器人研究现状  12-14
    1.4.3 排爆机器人的发展趋势  14-15
  1.5 排爆移动机器人的关键技术  15-16
  1.6 本论文研究内容  16-17
  1.7 本章小结  17-18
第二章排爆机器人无线数据通信与监控平台方案设计  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 排爆机器人系统结构  18-20
  2.3 排爆机器人无线数据通信与监控平台设计思想  20-21
  2.4 排爆机器人无线数据通信与监控平台的设计方案  21-30
    2.4.1 排爆机器人无线数据通信与监控平台的设计要求  21-23
    2.4.2 排爆机器人无线数据通信与监控平台的功能原理分析  23-25
    2.4.3 排爆机器人无线数据通信与监控平台设计方案选择  25-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章排爆机器人无线数据通信与监控平台硬件设计  31-49
  3.1 引言  31
  3.2 LPC2131ARM 微处理器  31-33
    3.2.1 LPC2131ARM 微处理器特点  31-32
    3.2.2 LPC2131ARM 微处理器结构  32-33
  3.3 基于LPC2131 的无线数据通信与监控平台的硬件架构  33-35
  3.4 LPC2131ARM 主控模块的硬件设计  35-38
    3.4.1 电源接口电路  35-36
    3.4.2 晶振电路  36
    3.4.3 复位电路  36-37
    3.4.4 JTAG 接口电路  37-38
  3.5 系统功能模块的硬件设计  38-47
    3.5.1 多路模拟控制指令输入模块  38-40
    3.5.2 数字量控制指令输入模块  40
    3.5.3 状态显示模块  40-41
    3.5.4 报警模块  41-42
    3.5.5 RS-232 接口  42-44
    3.5.6 RS-485 接口  44-45
    3.5.7 无线通信模块  45-47
    3.5.8 平台系统总电源  47
  3.6 平台结构设计  47-48
  3.7 本章小结  48-49
第四章无线数据通信与监控平台μC/OS-Ⅱ软件开发  49-60
  4.1 引言  49
  4.2 无线数据通信与监控平台的软件架构  49
  4.3 设备驱动开发  49-50
  4.4 初始化程序Bootloader 设计  50-51
  4.5 μC/OS-Ⅱ实时操作系统  51-59
    4.5.1 μC/OS-Ⅱ实时操作系统简介  51-52
    4.5.2 μC/OS-Ⅱ的移植条件  52-53
    4.5.3 μC/OS-Ⅱ在LPC2131 上的移植  53-59
  4.6 本章小结  59-60
第五章无线数据通信与监控平台应用程序设计  60-73
  5.1 引言  60
  5.2 系统主程序结构  60-61
  5.3 应用层程序设计  61-69
    5.3.1 多路模拟控制指令模块软件实现  62-64
      5.3.1.1 模拟操纵杆的工作原理  62-63
      5.3.1.2 多路模拟控制指令的采集  63-64
    5.3.2 数字量控制指令模块软件实现  64
    5.3.3 状态显示模块软件实现  64-65
    5.3.4 报警模块软件实现  65-66
    5.3.5 通信模块软件设计  66-68
      5.3.5.1 通信协议的设计与实现  66-67
      5.3.5.2 主从端的通信时延问题  67-68
    5.3.6 主、从端的通信系统软件实现  68-69
  5.4 平台系统的实验及其分析  69-72
    5.4.1 数据采集实验  69-70
    5.4.2 无线数据通信实验  70-72
      5.4.2.1 影响数传电台通信可靠性的因素  71-72
      5.4.2.2 提高数传电台通信可靠性的措施  72
  5.5 软件的抗干扰措施  72
  5.6 本章小节  72-73
第六章纠错编码技术在排爆机器人数据通信中的应用  73-82
  6.1 引言  73
  6.2 排爆机器人数据通信信道特性  73-74
  6.3 差错控制方案的选择  74-75
  6.4 Golay 码在纠错编码中的应用  75-81
    6.4.1 Golay 码原理  75-77
    6.4.2 Golay 码的构造  77-78
    6.4.3 接收端的纠错译码  78-81
  6.5 本章小节  81-82
第七章总结与展望  82-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
攻读硕士期间发表的论文  88-90

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