基于ZigBee技術控制機器人運動監控系統的設計

李志沈陽工學院

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基于ZigBee技術控制機器人運動監控系統的設計

李志
沈陽工學院

本文基于ZigBee技術設計了機器人運動及視頻監視系統，PC機做上位機，控制機器人的單片機為下位機，采用多個Zigbee DTK模塊構成中繼網絡解決機器人控制信號的盲區問題，視頻監控采用1.3GHz無線視頻模塊，用網絡攝像頭和WiFi、3G技術作為機器人圖像監控的備份信道。

機器人 ZigBee技術 視頻傳輸

1　系統整體設計

本系統硬件分為上位機和下位機2個部分，共有四個功能模塊，監控中心的PC上位機模塊，下位機系統模塊，視頻監控和DTK模塊。上位機通過Zigbee模塊發送控制機器人的運動指令，下位機控制機器人運動并將傳感器采集的信息通過Zigbee模塊傳送給上位機，下位機上的視頻采集模塊把機器人周圍的環境信息通過視頻信道傳送給上位機，系統整體功能模塊如下圖所示。

圖1　基于ZigBee技術無線控制機器人運動監控系統功能模塊圖

2　上位機系統

上位機在PC機Windows平臺上用VB語言設計控制界面，用視頻采集卡接收下位機發送的視頻信號，在嵌入視頻監控圖像的上位機編寫下位機（機器人）運動功能鍵程序，從而實現用功能鍵對機器人的運動控制。

3　下位機系統

下位機是控制機器人運動的核心，機器人上還安裝了無線視頻、ZigBee模塊。下位機（單片機）編寫控制程序和與上位機的通信程序，上位機和下位機之間通過DTK模塊傳輸ASCII碼控制信息，在上位機上通過機器人的視頻模塊觀察到小車機器人周圍環境，根據觀察情況給下位單片機發送機器人運動指令。

4　ZigBee模塊

ZigBee是一種無線自組網通信技術，本系統采用的DTK模塊工作在2.4GHz段上，具有最高250kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內，但可以根據Zigbee模塊自組網中繼延長通信距離。ZigBee采用了基于循環冗余校驗（CRC）的數據包完整性檢查功能，應用上可以靈活配置DTK模塊參數。機器人一旦收到的控制信息減弱，就可以隨時放下一個DTK模塊作為中繼器來使用，通過設立ZigBee中繼模塊來提高其傳輸的距離，在有障礙物的情況下，控制信號傳輸距離可達2百米以上，從而擴大了機器人的運動范圍。

5　運動控制部分

控制機器人運動下位機連接了一個電機驅動模塊，分別控制四個電機，四個電機又是兩兩同向，考慮到布局和操作的方便性，只用了一個驅動電機模塊，用于控制左側兩個電機和右側兩個電機，沒有對四個電機單獨進行控制。前進和后退時，左右兩側的電機同向而行。向左拐彎時，左側電機需要向后轉動，右側電機需向前轉動；向右拐彎時，左右兩側電機需互換轉動方向。

6　視頻監控模塊

本系統的視頻監控模塊采用了雙攝像頭、雙備份信道的技術來保證監控視頻無死角，一個攝像頭為機器人無線視頻傳輸模塊提供圖像采集，支持短距離無線傳輸，另一個攝像頭是網絡攝像頭，支持WiFi技術和公網的3G技術。

一般情況下以無線視頻采集傳輸模塊傳輸的視頻信號作為監控信號，當這種方式受到距離限制或障礙物干擾的情況下，監控系統轉為由網絡攝像頭采集視頻信號并通過Wi Fi網絡傳給上位機，如果Wi Fi的信號也沒有，還可以通過插在網絡攝像頭服務器上3G上網卡通過3G網傳輸視頻信號，通過這樣視頻監控的備用信道，提高了本系統的距離延展性。

7　系統測試

本系統首先測試了用VB編寫的上位機的顯示視頻監控畫面以及控制機器人下位機的功能鍵，上位機監控畫面顯示正常，上位機通過界面上的功能鍵實現了對下位機的運動控制，在有障礙物遮擋的情況下，通過上位機的監控視頻和功能鍵也能實現對機器人的運動控制。

機器人上ZigBee的DTK模塊的作為傳輸控制信息的通信設備，通過ZigBee網克服無線數據傳輸問題，實現PC上位機和機器人下位機數據采集與控制的雙工通信。

李志（1965年出生），男，遼寧省沈陽市人，教授，沈陽工學院信息與控制學院通信工程專業教研室主任。