探测机器人设计

李 磊，王庆芬，李正轩

（石家庄铁路职业技术学院电气工程系，河北石家庄，050041）

探测机器人设计

李 磊，王庆芬，李正轩

（石家庄铁路职业技术学院电气工程系，河北石家庄，050041）

本文以STC15F2K60S2单片机为核心设计了一款探测机器人。系统通过NRF24L01无线发送6通道遥控指令，其中四个通道是由两个双电位器操纵杆控制，控制减速电机驱动机器人行走以及摄像头云台的转向，另外两个通道由两个按键控制。手持设备的OLED屏可以显示探测机器人速度和角度。图像部分采用5.8G图像传输模块，图像发送模块装于机器人上与摄像头有线连接，图像接收模块连接控制端显示屏。该探测机器人可以在千米以内的距离精确控制电机的速度和舵机的角度，实时接收机载摄像头传来的画面。

单片机；机器人；图像传输

1 系统功能

本文以STC15F2K60S2为核心设计制作了一款探测机器人，该机器人通过NRF24L01实现手持设备和机器人之间的通信。手持遥控器上设置两个遥感电位器，一个电位器的数值改变能够准确的控制机器人的行进速度，另一个电位器的数值改变能够精准的控制摄像头云台的转角。摄像头和遥控器上的显示屏之间通过图像传输模块进行通信，实现远程监控。

2 系统方案

探测机器人硬件系统包含发送端和接收端两部分，主要由控制模块STC15F2K60S2、舵机模块、NRF24L01无线模块、OLED液晶屏显示模块、图像传输模块组成。无线模块实现遥控器和机器人之间的通信，远程控制机器人动作。OLED液晶显示模块显示电机速度和舵机的角度。舵机用于带动机器人上的摄像头转动，便于拍摄不同的角度。图像传输模块负责摄像头和显示屏的图像传输。系统框图如图1所示。

图1 系统结构框图

3 系统硬件设计

3.1 主控模块

STC15F2K60S2单片机具有1T的单时钟周期具有高速的处理数据处理功能，片内61字节大小的程序存储器Flash，满足系统对数据处理速度的要求。系统采用12V电源供电，经LM7805稳压芯片后将电压转换至5V供给单片机。

3.2 NRF24L01无线模块

NRF24L01无线模块与主控制芯片通过软件模拟SPI通信进行发送接收信息，6个引脚与单片机的I/O相连进行，VCC需要AMS1117模块将5V电压转换成3.3V电压，供NRF24L01无线模块使用，GND与单片机的GND共地即可。

3.3 图像传输模块

图像传输模块分为发送模块和接收模块，采取同样频段进行通信，图像发送模块将视频信号转换成数字信号发送到图像接收端语音模块，再转换成视频信号显示出来。

3.4 OLED液晶显示模块

OLED被称为有机发光二极管，其具有体积小、功耗小等优点，数据接口类型有两种，SPI接口和IIC接口，系统采用7引脚4线制SPI接口通信方式。

3.5 舵机模块

舵机将直流电机、电机控制器和减速器等部分都集成为一体，可以实现电机角度的精确控制。舵机内部有一个电位器或者其它任意一个角度传感器测出中轴的转动角度，控制板根据电位器或者角度传感器的数据信号能够较为精确的控制并保持住中轴的角度。

4 系统软件设计

软件部分由主程序和子程序组成，主程序组合了所有子程序。子程序有：NRF24L01无线发送子程序、NRF24L01无线接收子程序、OLED液晶显示子程序和舵机子程序。实现基于NRF24L01无线模块的远程遥控控制，准确控制机器人的行动速度、方向和摄像头云台的转角；摄像头和控制端显示屏之间通过图像传输模块进行通信，实现探测机器人的远程操作监控功能。

探测机器人设计的主流程图分为发送部分和接收部分。发送端和接收端由两个单片机系统分别完成对遥控和机器人的控制，发送端主程序包括定时器初始化、AD转换初始化，子程序包括遥控电位器数制转换子程序、NRF24L01无线SPI通信子程序和无线发送子程序；接收端主程序包括NRF24L01无线SPI通信子程序、无线接收子程序、数据接收子程序和外设控制子程序。

5 总结

经测试，本文所设计探测机器人可以通过NRF24L01+PA+LNA增强版无线模块来遥控机器人的动作；使用5.8G图像传输模块实现机载摄像头和控制端显示屏的通信；LM7805降压电路使系统的电源更加的高效稳定。

[1]马跃坤,应时彦,杨文君,肖林荣.基于nRF24LE1的无线数据传输系统实现[J].浙江工业大学学报,2010.

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[3]王军德,肖刚.曲面上两轮移动机器人的建模与分析[J].机床与液压,2008.

[4]邵贝贝.单片机嵌入式应用在线开发方法[M].清华大学出版社,2004.

Probe Robot Design

Li Lei,Wang Qingfen,Li Zhengxuan
（Department of Electrical Engineering, Shijiazhuang Instruction of Railway Technology, Shijiazhuang Hebei,050041）

A detecting robot based on STC15F2K60S2 is designed in this paper.The system uses NRF24L01 wireless to send a six-channel remote command,four of these channels are controlled by two operating lever,which are used to control robot and platform by driving the decelerator motor.two channels are controlled by two buttons.The OLED screen can show the speed and angle of the probe robot.The image part adopts the 5.8 G image transmission module.The image sending module is attached to the robot.The image receiving module connects the display.The robot can accurately control the speed of the motor and the angle of the steering gear within kilometers,and the images from the onboard camera can be

in real time. Key Words：SCM；Robot；Image transmission