關(guān)于排爆機(jī)器人手動控制信息采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)研究

趙遠(yuǎn)航 王彬

摘 要 排爆是一項(xiàng)極具危險(xiǎn)性的工作，為了避免工作中出現(xiàn)不必要的人員傷亡，排爆機(jī)器人被引入了該項(xiàng)工作中。基于此，本文著眼于排爆機(jī)器人的功能和運(yùn)行系統(tǒng)，先對排爆機(jī)器人的主要類別和實(shí)際用途進(jìn)行了簡要分析，而后論述了排爆機(jī)器人手動控制信息采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和PC機(jī)串口接收程序的設(shè)計(jì)方案，希望能為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞 排爆機(jī)器人;手動控制;信息采集系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1排爆機(jī)器人概述

排爆機(jī)器人是一種用于排爆工作的專用器材，在復(fù)雜地形當(dāng)中極為適用，屬于科技含量較高的輔助型排爆工具。

（1）分類。目前，在排爆機(jī)器人分類環(huán)節(jié)，主要可基于兩種標(biāo)準(zhǔn)而開展，其一是以操控方式分類;其二是以行進(jìn)方式分類。若基于操控方式分類，則可將排爆機(jī)器人分為遠(yuǎn)程操控型排爆機(jī)器人和自動型排爆機(jī)器人兩種。前者需要人為操控，操作人員能基于可視條件發(fā)布排爆指令，而機(jī)器人則需要對相應(yīng)指令進(jìn)行執(zhí)行;后者的智能化水平更高，排爆機(jī)器人可根據(jù)磁盤程序來判斷危險(xiǎn)品并自動完成險(xiǎn)情排除。從成本上來看，自動型排爆機(jī)器人的成本遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)程操控型排爆機(jī)器人。若依照行進(jìn)方式劃分，可將排爆機(jī)器人分為輪式和履帶式兩種。大多數(shù)排爆機(jī)器人都有著轉(zhuǎn)向靈活、體積小且適應(yīng)性高的特點(diǎn)，能在復(fù)雜多變的地形中順利完成排爆工作。

（2）用途。從排爆機(jī)器人的名字上就可看出其功能，它可代替排爆人員轉(zhuǎn)移和銷毀危險(xiǎn)品、可代替安檢人員完成實(shí)地勘察、可配備散彈攻擊犯罪分子，還能配備探測器材排查危險(xiǎn)場所和物品。不過，在實(shí)踐中排爆機(jī)器人還具備其他功能。比如，監(jiān)視功能，排爆機(jī)器人可被應(yīng)用在犯罪活動監(jiān)聽和監(jiān)察工作中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視犯罪分子活動。

2排爆機(jī)器人手動控制信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

A/D轉(zhuǎn)換是基于轉(zhuǎn)換器來完成模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換的操作，在微機(jī)測控系統(tǒng)中十分常見，可通過采集現(xiàn)場模擬量來為微機(jī)控制使用提供便利。在此環(huán)節(jié)，基于危機(jī)擴(kuò)展一到多塊PCIA/D采集卡的方法最為常見。不過，若應(yīng)用場景內(nèi)的模擬量少、溫度壓力存在緩變或成本要求低，則此方法并不適用。為此，本文對適用于成本要求低且采樣頻率不高場合的信息采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使其能為排爆機(jī)器人手動控制信息采集提供保障。

（1）硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在排爆機(jī)器人手動控制信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要應(yīng)用到的硬件結(jié)構(gòu)主要有三種，其一是PC機(jī);其二是手動信息采集板;其三是外圍傳感設(shè)備[1]。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，這三個(gè)模塊將實(shí)現(xiàn)順序連接。排爆機(jī)器人手動控制信息采集系統(tǒng)的PC機(jī)應(yīng)基于RS232通信與手動信息采集板相連，后者可對外圍傳感設(shè)備的模擬量信息進(jìn)行直接采集。同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還將應(yīng)用到MAX232芯片，它是手動信息采集板的串行芯片。在實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，手動信息采集板應(yīng)該由多種元件組合而成。比如，基于串行通信芯片、處理器和多路開關(guān)，共同組建手動信息采集板。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以AT89C51單片機(jī)為手動信息采集板的處理器、以12位AD574A并行A/D芯片作為A/D芯片、以CD4051芯片為多路開關(guān)。此外，在排爆機(jī)器人手動控制信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，單片機(jī)與A/D芯片將對外圍設(shè)備的模擬量進(jìn)行采集，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，為與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)交流提供保障。

（2）PC機(jī)串口接收程序設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)排爆機(jī)器人手動控制信息采集系統(tǒng)的PC機(jī)串口接收程序時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)該將設(shè)備的COMI串行口與手動控制信息采集板的串行口相連。在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)，PC機(jī)應(yīng)基于多任務(wù)與進(jìn)程的集成化模式作業(yè)，而串口接收程序也應(yīng)該成為控制系統(tǒng)當(dāng)中的子進(jìn)程。因此，當(dāng)這一程序啟動時(shí)，可接收采樣數(shù)據(jù)，并向多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)發(fā)送信息，從而讓該系統(tǒng)發(fā)揮統(tǒng)一調(diào)度功能，對所有任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。在程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)涵蓋以下步驟：

①設(shè)置串口參數(shù)。排爆機(jī)器人手動控制信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該對PC機(jī)串口的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行妥善設(shè)置，以便于保證串口接收程序運(yùn)行有效。比如，將串口波特率設(shè)計(jì)為9600bps，將串口字長設(shè)定為8，將串口停止位設(shè)定為1，將串口校驗(yàn)位設(shè)定為N。這一操作是通信程序設(shè)計(jì)的初步階段，在此環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證采集板和PC機(jī)的串口參數(shù)設(shè)置情況具有一致性。在實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，保證二者串口參數(shù)設(shè)置的一致性，是實(shí)現(xiàn)二者通信的前提，而這一操作也是通信程序設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。②合理設(shè)置中斷允許寄存器。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該著眼于PC機(jī)當(dāng)中的8250UART芯片，并對芯片的中斷允許寄存的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，進(jìn)而保障該設(shè)備的應(yīng)用可靠性。在實(shí)踐中，中斷允許寄存器的主要作用是保證PC端的串行口的數(shù)據(jù)接收可以被中斷。在這一環(huán)節(jié)，必須讓中斷允許寄存器有效運(yùn)行，使其能在接收到相應(yīng)數(shù)據(jù)后進(jìn)入指定中斷程序。③串口中斷屏蔽位。對于中斷控制器8259A而言，其內(nèi)部的中斷屏蔽寄存器地址是21H，其擁有的8個(gè)位與IRQ0-IRQ7相對應(yīng)。當(dāng)相應(yīng)的位被設(shè)定為1時(shí)屏蔽器中斷，若回歸0位則打開中斷。基于這種方式完成通信時(shí)，應(yīng)保證中斷屏蔽寄存器的串口中斷屏蔽未被打開。也就是說，在實(shí)踐中讓21H口地址的第3或4位歸0。④設(shè)置MODEM控制寄存器。在此環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對MODEM控制寄存器的第3位進(jìn)行合理設(shè)置，使其保持在1的狀態(tài)，為CPU相應(yīng)所有UART中斷允許器批準(zhǔn)的通信中斷奠定基礎(chǔ)。⑤安裝中斷程序。在安裝中斷程序之前，應(yīng)做好中斷向量的設(shè)置工作。在此環(huán)節(jié)，PC機(jī)開機(jī)后，BIOS將自動設(shè)置中斷向量。在此環(huán)節(jié)，基于通信可以將中斷向量指向自己編寫的中斷服務(wù)程序。⑥復(fù)位與恢復(fù)工作。在實(shí)踐中，應(yīng)先對8250的接收中斷進(jìn)行恢復(fù)，也就是基于讀取接收數(shù)據(jù)寄存器復(fù)位接收中斷。同時(shí)，在程序結(jié)束后，還要對原向量進(jìn)行恢復(fù)，并退出中斷程序。在此環(huán)節(jié)，中斷接收發(fā)送程序與接收程序的機(jī)構(gòu)差異性并不大，但二者在中斷向量放置方面存在明顯差異，所以中斷程序的指令不同。此時(shí)，用于發(fā)送指令的是上位機(jī)，而用于接收指令的是下位機(jī)。

3結(jié)束語

總而言之，為確保排爆機(jī)器人手動控制系統(tǒng)運(yùn)行有效，必須合理設(shè)計(jì)手動控制信息采集系統(tǒng)。在實(shí)踐中，不僅要明確排爆機(jī)器人手動信息采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和硬件性能標(biāo)準(zhǔn)，更應(yīng)該合理設(shè)計(jì)PC機(jī)的串口接收程序，為提高系統(tǒng)的信息采集能力和效率奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李偉.排爆機(jī)器人的機(jī)械臂控制平臺設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].上海：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，2018.