摘 要：采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)了對(duì)移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。以MC13214為主控芯片，采用Zigbee協(xié)議，對(duì)以MSP430單片機(jī)為微處理器的三輪機(jī)器人小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的無(wú)線采集和傳輸，利用串口通信技術(shù)與上位機(jī)進(jìn)行通信。以Labview為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，構(gòu)建了數(shù)據(jù)采集、分析、處理與顯示系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人 Zigbee 無(wú)線通訊 MSP430
1引言
   隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步，移動(dòng)機(jī)器人在各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有輪式、履帶式、腿式、蛇形式、跳躍式和復(fù)合式。輪式移動(dòng)機(jī)器人具有自重輕、承載大、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)和控制相對(duì)方便、行走速度快機(jī)動(dòng)靈活、工作效率高等優(yōu)點(diǎn),而被大量應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、反恐防爆、家庭、空間探測(cè)等領(lǐng)域。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是輪式移動(dòng)機(jī)器人中最常見(jiàn)的機(jī)構(gòu)三輪移動(dòng)機(jī)器人，采用MC13214芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和機(jī)器人之間的無(wú)線串行通信。MSP430F1611作為機(jī)器人MCU,采用PI控制算法調(diào)節(jié)PWM波的占空比完成電機(jī)調(diào)速，依靠差速實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向。用MSP430片內(nèi)ADC采集三路加速度信號(hào)。
2系統(tǒng)整體概述
   系統(tǒng)通過(guò)三維加速度傳感器MMA7260實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度的采集，以MC13214芯片按照RS232工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)無(wú)線通信模塊接收上位機(jī)的命令和發(fā)送機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。機(jī)器人端用MSP430單片機(jī)控制兩個(gè)后輪的直流電機(jī)，兩個(gè)光電編碼盤(pán)實(shí)時(shí)反饋雙輪轉(zhuǎn)速給MSP430單片機(jī)，并通過(guò)片內(nèi)的3路A/D模塊采集3路加速度信號(hào)，前輪采用一個(gè)萬(wàn)向輪來(lái)保持機(jī)器人的平衡。上位機(jī)選用虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW實(shí)現(xiàn)對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的控制/數(shù)據(jù)的顯示和監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。在該平臺(tái)下，添加Labview Instrument I/O函數(shù)模板本身提供的Scrial子VI，通過(guò)數(shù)據(jù)連接，可以實(shí)現(xiàn)Labview界面和無(wú)線收發(fā)模塊的實(shí)時(shí)通信。操作人員可以用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、操作手柄、虛擬控件等方式輸入機(jī)器人運(yùn)行指令對(duì)機(jī)器人小車的運(yùn)動(dòng)控制,在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示傳感器數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)框圖如圖1所示。 3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
   系統(tǒng)采用以MC13214芯片為核心的無(wú)線通信模塊。MC13214是美國(guó)Freescale公司的一種短距離、低功耗，工作于2.4GHz的ISM（Industry Science Medical）波段，包含了Zigbee物理層（IEEE 802.15.4）協(xié)議的收發(fā)芯片。它內(nèi)嵌微處理器支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、星形和網(wǎng)形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。芯片內(nèi)部包含了低噪聲的放大器、1.0mW高頻輸出放大器、VCO（壓控振蕩器）、片內(nèi)穩(wěn)壓電源和擴(kuò)頻編/解碼。芯片按照IEEE 802.15.4物理層規(guī)范，在2MHz寬帶的信道上實(shí)現(xiàn)了250kbps的速率，采用O-QPSK實(shí)現(xiàn)調(diào)制/解調(diào)。