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1、多功能遥控移动终端 参赛单位:北京大学 多功能遥控移动终端 参赛单位:北京大学 2008年年7月月2008年年7月月 参赛队员:郑拓伦 叶初阳 司赢 指导教师:刘志敏 参赛队员:郑拓伦 叶初阳 司赢 指导教师:刘志敏 纲要纲要 ?选题背景及作品功能 ?系统方案 ?系统方案概述 ?普通移动设计 ?路径移动、自动移动设计 ?障碍物躲避设计 ?关键技术 ?系统测试 ?总结 ?选题背景及作品功能 ?系统方案 ?系统方案概述 ?普通移动设计 ?路径移动、自动移动设计 ?障碍物躲避设计 ?关键技术 ?系统测试 ?总结 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第1
2、页第1页 典型应用场景典型应用场景 ?本作品可代替或协助工作人员实现检查、 探测、巡逻以及运输等功能,应用场景可 举例如下: ?酒店内部的定时巡逻 ?酒店内部的物品运输 ?会场的安全检查 ?本作品可代替或协助工作人员实现检查、 探测、巡逻以及运输等功能,应用场景可 举例如下: ?酒店内部的定时巡逻 ?酒店内部的物品运输 ?会场的安全检查 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第2页第2页 可控移动终端系统可控移动终端系统 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第3页第3页 由主控台和移动终端构成 主控台
3、与移动终端通过无 线链路连接 主控台实现对移动终端控 制,接收信息并显示 移动终端接收指令,实施 移动、采集现场信息,通 过无线链路传输给控制台 作品实物图作品实物图 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第第4 4页页 作品功能作品功能 ?用户通过控制界面发送命令,监控现场状 况 ?移动终端即时受控移动 ?移动终端自动运行 ?移动终端躲避障碍物并报警 ?移动终端对现场数据的采集与传输 ?视频信息的采集和传输 ?用户通过控制界面发送命令,监控现场状 况 ?移动终端即时受控移动 ?移动终端自动运行 ?移动终端躲避障碍物并报警 ?移动终端对现场数据的采
4、集与传输 ?视频信息的采集和传输 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第5页第5页 演示功能演示功能 ?基本控制功能及即时视频功能 ?定时移动功能 ?按已知路径移动功能 ?按图画路径移动功能 ?自动返回功能 ?躲避障碍物功能 ?基本控制功能及即时视频功能 ?定时移动功能 ?按已知路径移动功能 ?按图画路径移动功能 ?自动返回功能 ?躲避障碍物功能 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第6页第6页 纲要纲要 ?选题背景及作品功能 ?系统方案 ?系统方案概述 ?普通移动设计 ?路径移动、自动移动设计 ?
5、障碍物躲避设计 ?关键技术 ?系统测试 ?总结 ?选题背景及作品功能 ?系统方案 ?系统方案概述 ?普通移动设计 ?路径移动、自动移动设计 ?障碍物躲避设计 ?关键技术 ?系统测试 ?总结 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第7页第7页 系统方案概述系统方案概述 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第8页第8页 ?移动终端:硬件系统、软件实现 ?控制台:提供人机交互界面、视频显示 ?网络传输:视频及控制指令 ?设计指标 ?移动终端有较高的灵敏度和灵活性 ?移动终端有一定的智能性 ?即时视频传输稳定
6、、清晰,即时性好 ?人机交互界面友好、操作方便 ?移动终端:硬件系统、软件实现 ?控制台:提供人机交互界面、视频显示 ?网络传输:视频及控制指令 ?设计指标 ?移动终端有较高的灵敏度和灵活性 ?移动终端有一定的智能性 ?即时视频传输稳定、清晰,即时性好 ?人机交互界面友好、操作方便 系统逻辑图系统逻辑图 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第9页第9页 移动终端-硬件概述移动终端-硬件概述 ?硬件总体框图?硬件总体框图 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第10页第10页 移动终端-软件概述移动终端
7、-软件概述 ?功能:完成对基本指令、路径指令、自动 控制指令的分析处理;完成对现场距离、 报警及角度信息的处理。 ?接口: ? 通过网络模块与控制台通信 ?与异步串口通信,实现对硬件的控制 ?功能:完成对基本指令、路径指令、自动 控制指令的分析处理;完成对现场距离、 报警及角度信息的处理。 ?接口: ? 通过网络模块与控制台通信 ?与异步串口通信,实现对硬件的控制 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第11页第11页 软件-控制及数据处理软件-控制及数据处理 ?基本流程图?基本流程图 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北
8、京大学信息科学技术学院第12页第12页 网络传输网络传输 ?传输内容: ?控制指令:采用超时重发保证可靠性 ?视频流:保证即时性 ?控制指令传输: ?传输层协议:UDP ?实现方式:linux下socket编程 ?视频传输 ?移植基于h.323的Ekiga软件 ?传输内容: ?控制指令:采用超时重发保证可靠性 ?视频流:保证即时性 ?控制指令传输: ?传输层协议:UDP ?实现方式:linux下socket编程 ?视频传输 ?移植基于h.323的Ekiga软件 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第13页第13页 控制台-用户界面控制台-用户界面
9、 ? 界面设计:由视频界面、控制界面、帮助 界面组成 ? 基于QT3编程实现 ? 界面设计:由视频界面、控制界面、帮助 界面组成 ? 基于QT3编程实现 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第14页第14页 普通移动设计普通移动设计 ?基本思想:移动动作分解 ?硬件:通过外扩电路板以及电机实现 ?与嵌入式开发板通信 ?控制移动终端电机 ?软件: ?通过网络通信实现协议接口 ?通过串口编程实现通过软件控制硬件 ?软件延时,配合硬件速度 ?基本思想:移动动作分解 ?硬件:通过外扩电路板以及电机实现 ?与嵌入式开发板通信 ?控制移动终端电机 ?软件:
10、?通过网络通信实现协议接口 ?通过串口编程实现通过软件控制硬件 ?软件延时,配合硬件速度 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第15页第15页 路径移动、自动移动设计路径移动、自动移动设计 ?路径移动基本思想:分解为基本动作,现 场信息反馈,通过软硬件结合形成闭环反 馈系统,以达到按一定路径运行的功能。 ?自动移动、画图路径移动等复杂移动:将 其分解为基本运行路径,按路径给出指令 运行即可 ?路径移动基本思想:分解为基本动作,现 场信息反馈,通过软硬件结合形成闭环反 馈系统,以达到按一定路径运行的功能。 ?自动移动、画图路径移动等复杂移动:将 其
11、分解为基本运行路径,按路径给出指令 运行即可 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第16页第16页 路径移动、自动移动设计路径移动、自动移动设计 ?硬件:扩展电路板、传感器器件 ?扩展电路板控制电机完成分解动作、控制并传 回传感器信息 ?霍尔传感器实现里程测量,完成距离反馈 ?电子罗盘实现绝对角度测量,完成角度反馈 ?软件: ?将动作分解为基本动作 ?处理反馈信息,闭环比较实际值与命令值差值 ?通过多线程编程方式加强即时性和精确性 ?硬件:扩展电路板、传感器器件 ?扩展电路板控制电机完成分解动作、控制并传 回传感器信息 ?霍尔传感器实现里程测量,
12、完成距离反馈 ?电子罗盘实现绝对角度测量,完成角度反馈 ?软件: ?将动作分解为基本动作 ?处理反馈信息,闭环比较实际值与命令值差值 ?通过多线程编程方式加强即时性和精确性 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第17页第17页 障碍物躲避设计障碍物躲避设计 ?目的:为防止移动终端受损 ?硬件:外扩电路板、传感器 ?外扩电路板控制传感器,传回传感器信息,并 对移动终端移动进行控制 ?超声波传感器测量前方障碍距离 ?软件: ?处理传感器信息,适时终止移动终端移动 ?采用多线程方式,提高判断的灵敏性 ?目的:为防止移动终端受损 ?硬件:外扩电路板、传感
13、器 ?外扩电路板控制传感器,传回传感器信息,并 对移动终端移动进行控制 ?超声波传感器测量前方障碍距离 ?软件: ?处理传感器信息,适时终止移动终端移动 ?采用多线程方式,提高判断的灵敏性 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第18页第18页 纲要纲要 ?选题背景及作品功能 ?系统方案 ?系统方案概述 ?普通移动设计 ?路径移动、自动移动设计 ?障碍物躲避设计 ?关键技术 ?系统测试 ?总结 ?选题背景及作品功能 ?系统方案 ?系统方案概述 ?普通移动设计 ?路径移动、自动移动设计 ?障碍物躲避设计 ?关键技术 ?系统测试 ?总结 2008/11
14、/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第19页第19页 关键技术关键技术 ?移动终端控制即时性及精确性保证: ?多线程编程,将现场信息获取部分同控制信息 处理部分分离,提高现场信息获取的及时性和 移动终端使用的稳定性。 ?软件延时,配合低速的串口设备,提高运动控 制的即时性。 ?硬件上,减小单步执行运动量,减小误差量, 提高精确度。 ?移动终端控制即时性及精确性保证: ?多线程编程,将现场信息获取部分同控制信息 处理部分分离,提高现场信息获取的及时性和 移动终端使用的稳定性。 ?软件延时,配合低速的串口设备,提高运动控 制的即时性。 ?硬件上,减小单步执行运动量
15、,减小误差量, 提高精确度。 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第20页第20页 关键技术-多线程编程关键技术-多线程编程 ?应用背景:“嵌入之星”开发板有着很强大的 并行处理的计算能力。 ?实现方法:Linux下pthread编程 ?基本思想: ?反馈系统,现场信息采集的即时性影响着控制 的精确度。 ?多线程将各信息采集和指令传送,分开处理, 避免影响信息采集即时性。 ?应用背景:“嵌入之星”开发板有着很强大的 并行处理的计算能力。 ?实现方法:Linux下pthread编程 ?基本思想: ?反馈系统,现场信息采集的即时性影响着控制 的精确度
16、。 ?多线程将各信息采集和指令传送,分开处理, 避免影响信息采集即时性。 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第21页第21页 关键技术-软硬件配合关键技术-软硬件配合 ?软件:延时 ?软硬件速度相配合,软件速度大于串口速度 ?动作分解,避免指令多余 ?保证即时性 ?硬件:减少单次运动量 ?提高运动精度 ?提高可控精度 ?软件:延时 ?软硬件速度相配合,软件速度大于串口速度 ?动作分解,避免指令多余 ?保证即时性 ?硬件:减少单次运动量 ?提高运动精度 ?提高可控精度 2008/11/32008/11/3北京大学信息科学技术学院北京大学信息科学技术学院第22页第22页 实际应用结果实际应用结果 ?优化了移动终端运行的精确度,实际运行 过程中,单次路径距离移动偏差小于5cm, 角度偏差小于10角度精度有很大的提高 ?实现很好的即时性,控制反应时间小于1s ?停止控制后没有多余运作,停止运作反应 时间小于1s。 ?优化了移动终端运行的精确度,实际运行 过程中,单次路径距离移动偏差小于5cm