基于ARM嵌入式技術智能巡邏機器人研究

摘 要：為了適應人們對于低成本、高性能的要求，在基于ARM的處理器和RTOS嵌入式系統中，對智能巡邏機器人有了很大的研究，它能夠在巡邏區進行智能而且自動的對有害氣體、火災以及溫度進行監控，從而使人員的安全得到了保障。但是，在新時期下，人們對其提出了更多的要求，要將其功能進行擴充，從而能夠在不同的環境中進行各種巡邏和監控。

關鍵詞：ARM；嵌入式技術；智能；巡邏機器人；研究

引言

在機器人的研究中，智能巡邏機器人是一個重要的分支。目前，機器人在我們的生活中已經漸漸的普及，對于機器人的應用也涉及到了許多的行業，例如電廠、核武器、處理藥品和清潔環境等放射性化學制品和處理核能用途。[1]在快速發展的嵌入式技術下，嵌入式系統的應用也越來越廣泛。下面我們就介紹一下基于ARM嵌入式技術職能巡邏機器人研究。

1 ARM處理器和開發板

在嵌入式技術中，ARM已經取得了很大的成功，創造出了IP核的市場化和商業化神話。ARM系列芯片在手持計算機、移動電話以及各種各樣的嵌入式應用領域中，都得到了廣泛的應用，從而成為世界上銷量第一的32位微處理器。[2]目前，ARM已經成為了業界的實際RISC芯片的標準。ARM系列處理器，在不同的領域具有不同的特點。根據在實際中的應用，ART芯片的選擇因遵循一般的原則：USB接口、處理器速度、內置存儲器容量、LCD控制器、中斷控制器等各項指標。

2 智能巡邏機器人設計方案

采用運動系統、控制系統以及自帶的PWM單元將4個步進電機控制住，然后采用超聲波測距系統為巡邏機器人導航，再在總監控系統和通訊系統之間傳輸信息，對于火災檢測系統、功能擴展模塊、有害氣體檢測系統、溫濕度檢測系統這些部分，都應由智能巡邏部分完成，從而適合多種場合巡邏的需要。

3 軟件設計

采用ARM的匯編語言，能夠將各系統做為子程序功能模塊，這不僅方便閱讀，而且能夠使程序變得更加緊湊，從而增強程序的移植性，對于各個動能模塊的更改和調試也會變得更加方便[3]。首先，是將程序中的各個參數進行初始化，調用溫度檢測程序、測距程序、火災檢測程序、運動控制程序、氣體檢測程序以及濕度檢測程序，然后對數據進行報警判斷，最后將程序返回。

4 硬件系統

4.1 運動系統

采用外圍驅動電路組成PWM控制步進電機移動系統，然后結合LPC2124處理器內置PWM單元，電機繞組的電流是階梯波，而不是一個方波，由于額定電流是臺階式的，因此，要對步進電機進行細分驅動。

4.2 控制系統

在控制系統的選擇中，應采用ARM32位的RISC處理器作為控制系統，處理器應采用內置16KBRAM、128Kb Flash、4路10位A/D轉換器、6路PWM單元輸出、多個串行接口、2個32位定時器、片內Boot裝載程序進行IAP和ISP。[4]

4.3 有害氣體檢測系統

在此設計中，主要以檢測無機有害氣體為主，應采用定電位電解式方法，也就是通常所說的電化學傳感器。[5]電化學傳感器的構成，是把一個參比電極、對應電極、工作電極放在特定的電解液中，然后在反應電極之間添加足夠的電壓，從而使他們能夠通過涂有金屬催化劑薄膜的待測氣體進行氧化還原反應，然后利用儀器中的電路系統，測量氣體進行電解時產生的電流，最后再通過處理器計算出氣體的濃度。

4.4 超聲波測距系統

4.5 溫濕度檢測系統

在超聲波的檢測距系統中，能夠將溫度檢測體現出來，雖然這里只介紹溫度檢測系統的設計，但是在本系統采用的電阻式為濕度傳感器，而且測量電路應采用電橋電路。在電路中，如果振蕩器能夠提供交流電源，那么，電橋的一臂就應采用濕度傳感器。這是由于濕度的變化會導致濕度傳感器的阻值出現變化，因此，一旦電橋失去平衡，那么，在此過程中就會輸出信號，利用放大器可以方法不平衡的信號，從而使整流器能夠將交流信號變為直流信號。

4.6 火災檢測系統

在火災探測器中，包含有感溫探測器、復式探測器、火焰探測器、燃燒聲波探測器、感煙探測器等。由于環境和檢測的要求不同，這就需要選擇合適的探測器。例如，對于要求準確率高以及誤報會造成重大損失的場所，應采用復合型探測器，可以是煙光復合和煙溫復合等。例如，為了檢測智能巡邏機器人的實際工作效果，可以給它安裝一個感溫探測器，將其放置在火爐旁邊，將其報警溫度設置為70攝氏度，將探測器處于運作狀態，通過感溫探測器檢測后，當溫度超過70攝氏度機器人就會自動報警，。由此可以看出，感溫探測器能夠對火災檢測非常準確。

5 結束語

在本次設計中，采用的是ARM32位RISC處理器作為控制系統，從而實現了智能巡邏機器人的超聲波測距系統、火災檢測系統、運動系統、報警系統、溫度和濕度檢測系統等設計，這樣就能夠使機器人能夠對巡邏區域內，進行智能的全面監控，還能夠避免一些比較危險的環境，非常有利于代替執勤人員巡邏，從而使人員的安全得到保障。

參考文獻

[1]徐愛鈞.基于ARM的嵌入式WEB服務器設計與應用[J].工業儀表與自動化裝置.2007，15（04），135-136

[2]劉森，慕春棣，趙明國.基于ARM嵌入式系統的擬人機器人控制器的設計[J].清華大學學報（自然科學版）.2008，7（04），152-153

[3]侯益坤，侯聰玲，劉益標.基于ARM嵌入式的智能小車的控制系統設計[J].機電工程技術.2010，10（01），247-248

[4]陳劍斌，田聯房，王孝洪.基于ARM的自主移動機器人控制系統設計[J].機械設計與制造.2011，8（06），76-77

[5]張捍東，張彬，岑豫皖.基于ARM的嵌入式移動機器人控制系統的設計[J].工業控制計算機.2008，14（07）， 102-103

[6]周杰，陳偉海，于守謙.基于ARM的嵌入式系統在機器人控制系統中應用[J].微計算機信息.2007，5（02），130-131

作者簡介：張力（1984，9-），男，助教，中共黨員，雙學士學位， 主要研究方向：嵌入式系統開發。嵌入式系統開發工程師、3G ANDROID應用工程師。任教主干課程《電路分析》、《Protel電路設計》、《傳感器原理與應用》、《ARM技術及應用》等。