LabVIEW的移動(dòng)機(jī)器人論文基于LabVIEW的移動(dòng)機(jī)器人

1、LabVIEW的移動(dòng)機(jī)器人論文：基于LabVIEW的移動(dòng)機(jī)器人遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)Remote Network Monitoring System of Mobilerobot Based on LabVIEW摘要：介紹了一種基于LabVIEW的移動(dòng)機(jī)器人遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用LabVIEW中網(wǎng)絡(luò)和串口通信的相關(guān)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)和控制對(duì)象間的數(shù)據(jù)傳送，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。同時(shí)該系統(tǒng)使用了遠(yuǎn)程無(wú)線通訊模塊，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)時(shí)信息采集和無(wú)線控制。另外，該系統(tǒng)將監(jiān)控對(duì)象實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)記錄到一定的文件中，以便進(jìn)行歷史查詢或者相關(guān)數(shù)據(jù)的分析。AbstractThis p

2、aper introduces one kind remote network monitoring system for mobilerobot based on LabVIEWUsing the net-work functions and the serial port communicationsrelated functions in LabVIEW,which has realized data transfer betweenthe computer and the controlled object,also has achieved the remote monitoring

3、 goal through the computer networkThe re-mote wireless communication module has been used simultaneously,thereby gaining realtime information acquisition fromthe mobilerobotIn addition,the realtime data of the object can be written in certain record document for historical queriesor data analysis關(guān)鍵詞

4、：LabVIEW，串口，無(wú)線通信，網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)機(jī)器人Keywords:LabVIEW,serialport,wirelesscommunication,network,mobilerobot當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并且出現(xiàn)各種類型的機(jī)器人，如移動(dòng)機(jī)器人等，但一些移動(dòng)機(jī)器人仍然是靠簡(jiǎn)單的無(wú)線控制器進(jìn)行控制的，且控制距離較小。同時(shí)伴隨著以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)為代表的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器智的能化以及遠(yuǎn)程控制儀器操作也相繼誕生。如果可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，那么將大大提高控制的距離，并且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)記錄相關(guān)的歷史信息。而本文將著重介紹基于虛擬儀器的移動(dòng)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。1系統(tǒng)方案

5、本系統(tǒng)主要是對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)其運(yùn)行的速度、轉(zhuǎn)角及其他相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。無(wú)線通信部分主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，一方面接收移動(dòng)機(jī)器人發(fā)過(guò)來(lái)的信息，并將信息通過(guò)串行端口送至服務(wù)器端的計(jì)算機(jī)；另一方面，接收服務(wù)器端發(fā)送的控制信息，并通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送至控制對(duì)象。系統(tǒng)方案框圖該方案中的服務(wù)器端和客戶端是通過(guò)LabVIEW中的TCPIP相關(guān)函數(shù)組建成的網(wǎng)絡(luò)。目前組建一個(gè)智能測(cè)控網(wǎng)絡(luò)通常有兩種模式：CS模式，即客戶服務(wù)器模式；BS模式，即瀏覽器服務(wù)器模式。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇的是CS模式。對(duì)于無(wú)線通信模塊，主要是通過(guò)單片機(jī)控制無(wú)線收發(fā)器（PTR8000）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)的硬件主要是和服務(wù)器

6、端相連接的單片機(jī)無(wú)線收發(fā)器，除此之外就是和單片機(jī)通信的RS232總線以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建所需的網(wǎng)線。LabVIEW中的儀器IO子模板提供了多種圖標(biāo)可對(duì)NI公司生產(chǎn)的GPIB、VXI、標(biāo)準(zhǔn)串口IO儀器設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。對(duì)于非NI公司生產(chǎn)的上述IO接口儀器設(shè)備，可用儀器IO子模板上提供的VISA圖標(biāo)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng)的是采用數(shù)據(jù)采集卡，但是這些數(shù)據(jù)采集設(shè)備存在安裝不便、價(jià)格昂貴、受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、不具有一定的針對(duì)性、地址、中斷資源的限制?？紤]到以上因素以及實(shí)際系統(tǒng)的需要，本文專門(mén)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件，使得具有較強(qiáng)的針對(duì)性，并且成本低廉。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中硬件所需要實(shí)現(xiàn)的功能并不是很多，主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，對(duì)外接口主要就

7、是無(wú)線收發(fā)和RS232接口，所以選用比較低檔的單片機(jī)，這里選用STC89C52。STC89系列單片機(jī)是宏晶科技公司生產(chǎn)的具有51內(nèi)核的單片機(jī)，該單片機(jī)具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性。而無(wú)線收發(fā)則選用基于NRF905的PTR8000無(wú)線通訊模塊，并且模塊控制比較簡(jiǎn)單，傳送距離比較遠(yuǎn)。單片機(jī)通過(guò)MAX232芯片實(shí)現(xiàn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從而可以和服務(wù)器端的計(jì)算機(jī)通信，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)的P1口連接PTR8000，實(shí)現(xiàn)和移動(dòng)機(jī)器人之間的數(shù)據(jù)傳輸。由于PTR8000和單片機(jī)之間的接口是SPI接口，所以必須使用STC89C52模擬SPI時(shí)序，才能與之通信。關(guān)于PTR8000電平的兼容問(wèn)題，可以使用LM111733芯片

8、將5V轉(zhuǎn)換為33V為其供電，在接口端可串聯(lián)200的電阻用作限流，以確保不會(huì)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)對(duì)PTR8000造成不必要的損害。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的重要組成部分，也是核心部分。軟件設(shè)計(jì)主要有三部分：無(wú)線傳輸部分軟件、服務(wù)器端軟件和客戶端監(jiān)控軟件。（1）無(wú)線傳輸部分軟件的設(shè)計(jì)無(wú)線傳輸部分軟件的設(shè)計(jì)一方面要對(duì)PTR8000進(jìn)行控制；另一方面，還要和服務(wù)器端的計(jì)算機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行通信。首先單片機(jī)進(jìn)行程序的初始化，這里主要是對(duì)串口、PTR8000以及其他相關(guān)參數(shù)的初始化，并且還得對(duì)中斷的一些配置做相應(yīng)的初始化?？紤]到上位機(jī)的命令并不是連續(xù)的，所以將檢測(cè)串口是否讀取有效數(shù)據(jù)程序放在中斷中執(zhí)行。中

9、斷程序中先讀取串口，然后檢測(cè)讀取的數(shù)據(jù)是否有效（如果有效就置Flag為1，否則為0），以便確定主程序中是否執(zhí)行將數(shù)據(jù)通過(guò)PTR8000發(fā)送出去。主程序則在初始化之后，通過(guò)PTR8000接收移動(dòng)機(jī)器人發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，隨后就將該數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，使得能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)到對(duì)象的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。然后再檢測(cè)Flag的值是否為1，為1則將從串口讀取的數(shù)據(jù)通過(guò)PTR8000發(fā)送出去，否則就直接返回，繼續(xù)讀取PTR8000接收的數(shù)據(jù)。無(wú)線傳輸部分程序流程圖以上這種程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)約，充分利用了單片機(jī)的資源，使得程序具有高效的運(yùn)行效率。（2）服務(wù)器端軟件的設(shè)計(jì)隨著各種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)迅猛發(fā)展的帶動(dòng)，也伴隨著大規(guī)

10、模器件技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、各種智能技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)誕生了一種被稱為智能測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的新型化網(wǎng)絡(luò)。它是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器相結(jié)合，構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器系統(tǒng)。由于要實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控，本設(shè)計(jì)使用了基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器技術(shù)，這樣可以充分利用LabVIEW提供的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，便于開(kāi)發(fā)，大大提高了效率，節(jié)約了成本。因?yàn)镮P是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)的是不可靠無(wú)連接的數(shù)據(jù)包服務(wù)。TCP和UDP都是建立在IP的基礎(chǔ)上的傳輸層協(xié)議，UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的也是不可靠無(wú)連接的數(shù)據(jù)包服務(wù)。而TCP是基于連接的協(xié)議，提供了可靠地建立連接的方法，所以網(wǎng)絡(luò)采用TCPIP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。在具體的組建智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時(shí)，采用CS模式。在構(gòu)建

11、網(wǎng)絡(luò)時(shí)主要使用了LabVIEW提供的打開(kāi)TCP連接、TCP偵聽(tīng)、寫(xiě)入TCP數(shù)據(jù)、讀取TCP數(shù)據(jù)和關(guān)閉TCP連接函數(shù)。對(duì)于服務(wù)器端的功能主要是負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，起到一個(gè)中介的作用，即將無(wú)線通訊部分（下位機(jī)）和監(jiān)控終端聯(lián)系起來(lái)。使用主從線程模式。首先配置TCPIP和串口，然后以讀取串口數(shù)據(jù)并發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)為主線程，以讀取網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過(guò)來(lái)的命令信號(hào)及將該數(shù)據(jù)寫(xiě)至串口的任務(wù)為從線程。主線程在從串口讀取到的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，也將數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理，在前面板顯示對(duì)象運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，本設(shè)計(jì)為移動(dòng)機(jī)器人的速度、轉(zhuǎn)角和電量。從線程則主要偵聽(tīng)客戶端是否發(fā)送控制信息，如果有則讀取數(shù)據(jù)并寫(xiě)入到串口?？蛻舳税l(fā)出的命

12、令主要有速度和轉(zhuǎn)角控制信息，并且在接收到信息之后經(jīng)一定的處理顯示到前面板上。（3）客戶端軟件的設(shè)計(jì)客戶端是監(jiān)控終端，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)控制對(duì)象的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)在一定情況下發(fā)出控制命令，這就要求網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向傳送，為此也采用了同服務(wù)器端類似的程序框架。主線程用來(lái)讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，顯示到前面板。為了便于以后對(duì)運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史查詢或分析，在程序中添加了將讀取的數(shù)據(jù)存入到一個(gè)特定的電子表格中。在程序設(shè)計(jì)中，使用了反饋節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行參數(shù)改變時(shí)，將改變后的新值存入到電子表格中的目的。在實(shí)現(xiàn)存取數(shù)據(jù)時(shí)，主要使用了創(chuàng)建文件、寫(xiě)入文本文件和關(guān)閉文件函數(shù)。從線程則主要用來(lái)將發(fā)出的控制命令信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)。在程

13、序前面板設(shè)計(jì)時(shí)，將速度和轉(zhuǎn)角的參數(shù)除了通過(guò)具體的數(shù)值顯示控件顯示之外，又通過(guò)波形圖表和儀表盤(pán)顯示；電量監(jiān)視則通過(guò)水平刻度條顯示，使得界面生動(dòng)形象。至于運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的路徑則是在程序中自動(dòng)設(shè)定好的，程序運(yùn)行時(shí)會(huì)自動(dòng)在程序所屬的路徑處創(chuàng)建一個(gè)電子表格。4結(jié)束語(yǔ)該系統(tǒng)運(yùn)用了串口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)和應(yīng)將資源成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的無(wú)線監(jiān)控，通過(guò)單片機(jī)控制借助串口和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信?；贚abVIEW的各種網(wǎng)絡(luò)函數(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮了LabVIEW的強(qiáng)大功能，充分依靠現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的物理連接設(shè)備，降低了成本，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)也克服了無(wú)線傳輸距離受限制的問(wèn)題，提高了監(jiān)控范圍。參考文獻(xiàn)1江建軍，劉繼光LabVIEW程