基于机器人平台的无线通讯技术研究

基于机器人平台的无线通讯技术研究 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3） 毕业论文 毕业论文答辩ppt模板下载毕业论文ppt模板下载毕业论文ppt下载关于药学专业毕业论文临床本科毕业论文下载 须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 ）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 摘要 作为一种能代替人工作业的智能机器，机器人适用于具有高复杂 性、高危险性和高紧急性的环境中。近些年被广泛地应用于火灾救援、矿山营救、科学探索等多个领域。移动机器人作为机器人技术的一个重要分支，其控制系统的性能直接决定了机器人工作的稳定性和精度。将无线网络技术应用于机器人通讯系统的研究，一方面突破了机器人控制距离的限制，真正实现了跨区域的远程控制；另一方面，使移动机器人可以与网络中的其他智能设备进行交互、协作，更好的地利用网络资源。 机器人足球比赛是近年来在国际上迅速开展起来的高科技对抗活动，是将高科技和人们喜爱的足球运动结合在一起的产物。他为机器人学、智能控制、无线通讯、图像处理、机械学等多学科交叉性的研究与应用提供了很好的平台，其理论与技术可应用与工业、农业、国防、医疗、教育等实践领域，从而有效推动国家科技、经济等各方面的发展。 本论文以足球机器人为研究对象，对现有的足球机器人比赛系统进行了分析和研究，并通过对基于足球机器人平台无线通信软硬件条件的深入分析，重点对无线通讯子系统进行了研究。足球机器人系统，在硬设备方面包括机器人小车、摄像装簧、计算机主机和无线发射装置。从功能上分．它包括机器人小车、视觉、决策和无线通信四个子系统。其中无线通讯系统是衔接主机和底层机器人之间联系的不可缺少的一环．它必须保证从主机端到机器人底层之间的数据传送是可靠的，从而使得机器人比赛能够顺利流畅进行。由于比赛双方都有多个机器人同时在场地上跑动，要求无线通讯有一定的抗干扰性。无线通讯系统的性能，相当程度上直接影响着机器人的场上表现。 关键词：足球机器人，无线通讯，无线通讯系统 Abstract As a kind of can replace the artificial work of the intelligent machine, robot suitable for the high complex, high risk and high tension acute environment. In recent years has been widely used in fire rescue, mine rescue, scientific research and other fields. Mobile robot is an important branch of robot technology, the control system 's performance directly determines the stability and accuracy of robot. The application of wireless network technology in the robot communication system research, a breakthrough of the robot control distance constraints, truly realizes cross-region remote control; on the other hand, in order to make the mobile robot can be associated with a network of other intelligent devices to interact, collaborate, better use of cyber source. The robot soccer game is quickly carried out in recent years in the international high-tech fight against activities that combines high-tech and people's favorite football product. For robot learning, intelligent control, wireless communications, image processing, machinery and other interdisciplinary research and application to provide a good platform, its theories and techniques can be applied to industry, agriculture, defense, medical, education, etc. practice areas in order to effectively promote national science and technology, economic and other aspects of development. In this paper, with the soccer robot as the research object, the robot soccer competition system is analyzed and studied, and based on soccer robot wireless communication hardware and software requirements analysis, focusing on the wireless communication subsystem is studied. Soccer robot system, the hard equipment including robot, camera equipment spring, host computer and wireless transmitting device. From the function. It includes robot, vision, decision-making and wireless communication four subsystems. The wireless communication system is the interface between the host and the underlying robot links between an indispensable link. It must guarantee from the host to the robot between the underlying data transmission is reliable, so that the robot competition smoothly carried out. Because the game has multiple robots while on the ground running, requirements of wireless communication has certain anti interference. Wireless communication system performance, a considerable extent affects the robot performances. Key words: soccer robot, wireless communication, wireless communication system 第1章 绪论 1．1研究背景和意义 机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一，在短短的40年内发生了日新月异的变化。发展机器人技术已成为高技术领域中具有代表性的战略目标之一。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生了根本性变化，而且将对人类的社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在【1】 机器人足球是人工智能领域与机器人领域的基础研究课题。它涉及的主要研究领域有：小车机械、机器人学、机电一体化、数据融合实时数字信号处理、图像处理与图像识别、决策、路径规划、多智能体协调、人工智能、无线通讯等等。 机器人足球借助“足球”的形式，通过各种国际大赛，不断推动机器入学、计算机视觉、自动控制、人工智能、多智能体系统等相关领域科研工作的迅速发展，进而为其相关技术在生产和生活中的应用打下良好基础。参加机器人足球世界杯比赛的代表队的运动员一般都是由各国研究所和大学制作的，它们都有很高的科技含量，它展示了一个国家信息和自动化技术的综合实力。足球机器人系统在许多领域有着广泛的应用前景。比如，系统中的协作控制与决策，就可用于无人作战平台群的协助控制，诸如无人驾驶飞机群的编队控制及与敌方的辅助攻防对抗、海军舰队的编队与辅助协同作战，以及未来战场上机器人部队的组成与控制理论及技术支持等。可以看出足球机器人的研究工作，对科学技术的发展有一定的推动和促进作用。 机器人足球除了在科学研究方面具有深远的意义，它也是一个很好的教学平台通过它可以使学生将理论与实践紧密地结合起来，提高学生的动手能力、创新能力、协作能力。机器人足球同时又提供了一个标准任务，研究人员利用其验证的各种技术、获得的更好解决方案，可以反过来促进各个领域的发展。这也正是开展机器人足球研究的深远意义，也是研究机器人足球的魅力所在。 1．2机器人足球的分类 目前，国际上有组织的机器人足球比赛分为两大系列一FIRA和ROBOCUP。FIRA是国际机器人足球联盟(Federation of International Robot—soccerAssociation)的缩写，主席是韩国科学技术院的金钟焕教授。FIRA每年举办一次机器人足球世界杯赛(FIRA Robot—Soccer World cup)，简称FIRA cup。FIRA的比赛项目主要有：Narosot(超微机器人足球赛)、Mirosot(微型机器人足球赛)、Robosot(小型机器人足球赛)、KheperaSot(自主式机器人足球赛)、Hurosot(拟人式机器人足球赛)、simuroSot(仿真机器人足球赛)。 ROBOCUP(国际人工智能协会组织的机器人世界杯)的原意为ROBOT WORLD CUP。1997年正式成立，总部设在日本东京，正式注册瑞士伯尔尼。ROBOCUP自1997年起每年举办一次机器人足球世界杯赛(The Robot world cup)，ROBOCUP的比赛项目主要有：Simu1ation League(仿真机器人比赛)、Small一size League(F-180)(小型足球机器赛)Middle-Size League(F2000)(中型自主足球机器人赛)，类人组 (Humanoid)，SONY Legged Robot League(SONY有腿机器人足球赛)，救援组(RobocupRescue)等，迄今中型组代表该领域的最高水平。 目前世界各国参加Robocup中型组比赛的球队规模不断扩大，从历届比赛的成绩来看，中型组中有三支实力较强的队：德国弗赖堡(Freiburg)大学的cSFreibllrg队(三次冠军)、日本大阪(osaka)大学队和伊朗s11arify理工大学SharifyCE队和荷兰的Philips Robocup Team【2】。 1.3 我国足球机器人的研究现状 我国首次研制足球机器人比赛系统是从1997 年开始的，在巴西举行的第四届FIRACup 赛上，东北大学凭着自行研发的软硬件系统夺得了标准动作比赛的冠军，从此打破了我国在国际机器人足球比赛赛场上零的突破。1998 年，国际机器人足球联盟中国分会正式成立。次年的12 月，以哈尔滨工业大学为首的少数几所学校携带各自研发的FIRA 系列小型系统参加了在我国（ 哈尔滨）首次举办的第一届全国机器人足球比赛。我国第一次正式参加RoboCup 机器人足球世界杯赛是在2000年，其代表队为中国科大的“蓝鹰”队，获仿真比赛第9 名。2000年9月，在第五届世界杯锦标赛中，我国共获一项冠军和一项季军，实现了我国机器人足球赛研发者梦寐以求的梦想——冲出亚洲、进入世界足坛。2001年，清华大学夺得了RoboCup 仿真组比赛的冠军。在FIRA 世界杯比赛中，中国队于2002 年和2003 年分别获得三枚金牌和两项冠军、一项亚军、两项季军的好成绩。在国家自然科学基金委员会和国家863 高技术的鼎力支持下，经过十多年的时间，中国机器人足球队已经在世界机器人足球比赛中占有一席之地，并多次战胜了世界强队，这充分证明了我国的科技发展水平和综合科研能力。 近年来，随着机器人比赛活动的深入开展，国内许多院校如清华大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、中国科技大学、广东工业大学等一批在国内最早开始研究机器人足球系统的单位将此活动视为开展大学生创新教育、提高学校声誉的有效途径，这使得机器人足球比赛活动很快在国内普及开来。以前只有仿真2D 一个项目、中科大和清华的4 支参赛队伍，现在已有来自80余[3]所高校和科研单位的200多支球队，遍布全国七个地区，比赛项目也扩展到仿真2D、仿真3D、四足、小型、中型、人形和救援等7 项，并拥有全国性的比赛。现在，我国每年都能举办两次以上的机器人足球赛，并可同时获得几项世界杯冠军，但与国外机器人的研究水平相比，我国还存在着一些问题。一方面，在产业化上与国际上有着一定的差距；另一方面，我国机器人研究多是借鉴外国先进技术，进行二次开发的多，自身技术创新较少。 目前我国机器人主要朝着仿人仿生方向发展，已经取得了一定的成绩，但创新不足仍是主要问题。总体上看，我国机器人研究仍然任重而道远。 1．4论文的组织结构 本文的主要内容如下 第一章主要阐述了足球机器人的分类，发展历程及我国目前的研究现状，同时也论述了机器人足球的研究意义及其发展远景，并以此作为课题的出发点。 第二章介介绍了足球机器人比赛的系统结构及各部分的功能，对机器人硬件和系统构成进行了总体概述。 第三章主要完成了对足球机器人无线通讯软硬件条件的分析比较研究 第四章主要对足球机器人无线通讯技术进行了分析研究 第五章以实验室的智力风暴智能机器人为平台进行了无线通讯的研究 第六章概括全篇，并对机器人足球的发展进行了总结和展望。 第二章 足球机器人系统结构 2.1 机器人系统 机器人足球系统全视图如图2．1所示： 图2.1 机器人足球系统全视图 机器人足球由四个子系统构成【4】 ，分别是视觉子系统、策略子系统、通讯子系统和机器人小车子系统。系统运行时，首先由视觉子系统识别场上足球和机器人的位姿信息，即足球的位置和机器人的位置及角度，然后策略子系统根据视觉信息进行多个机器人总体协调和运动规划，得到每个机器人的动作指令，并通过通讯子系统将其传送给机器人小车子系统，机器人小车一句控制信息进行动作比赛。整个系统工作流程如图2.2所示 图2.2 机器人足球系统构成 2．1．1视觉子系统 全局视觉子系统是整个机器人足球比赛的关键，它是从2D投影中恢复有用的帧信息，将图像作为输入，根据图像建立现实世界的模型，进而产生控制输出。通过视觉系统，能够确定本方机器人、对方机器人和球的位置和角度，从而为比赛策略提供场面信息。识别效果的好坏和识别速度的快慢直接关系到比赛的胜负。 在视觉系统工作的全过程中，对软件方面的研究主要包括：目标体的特征提取、多个目标体的分割和各个目标体的位置姿态的辨识。视觉系统对场景中每个目标(球和机器人)是通过颜色特征来区分的。一般说来，每个机器人顶部有两个不同颜色的标志块，一个是队服，用来区分比赛双方，每方的队服是相同的；另一个是队员的标志，用来区分每个队员。比赛规则规定，队员颜色标志不能采用对方的队标颜色同样，对球的识别也是通过颜色来识别的。 视觉系统每秒钟要处理几十到上百幅画面，画面之间的间隔时间不仅要完成视觉的识别，还要完成机器人的策略选择、运动控制等全套工作，所以，输入到主机的场景图像是整个系统最直接的信息来源，而视觉图像识别的质量和速度直接关系到系统工作的准确性和实时性。NTSC制式的模拟视频信号经数字量化得到24位的RGB信号，每个分量为0-255的整数值。为了去除图像中的噪声，应采用滤波器对输入的数字图像进行预处理以提高图像的质量。目前对目标体的特征提取主要是对不同的目标体建立相应的特征颜色信息库，该信息库的建立比较简单，将目标体的色标置于场地内最有特征的几个区域，如门区、中圈、四角等位置进行采样，采用RGB或HSI颜色模型来确定每个目标的颜色特征范围即可。但带来的一个很严重的问题是，由于目标体的颜色种类多比赛现场的光照通常又不均匀，而且变化范围较大，还可能出现各类色光干扰，因此理想的信息库实际上是比较难以建立的。如果信息库覆盖范围过小，会导致分割结果不稳定，甚至出现分 割结果过小而导致目标丢失；而信息库覆盖范围过大，又会引入很多不必要的干扰，甚至出现混色现象，出现误识别。目前主流比赛是5对5，每个队有五个队员，从颜色识别的角度也就是至少需要识别八种颜色(即本方五个队员和队标及球的颜色)至十三种颜色(双方的十名队员和各自的队标及球的颜色)。这种情况下识别已有困难，更何况正在开始的n对11比赛，颜色种类将会更多，可以想象，识别问题将更加困难，或者说必须要寻求新的识别方法。为此，作者设计了一种新的视觉方法，基本解决了这个问题，效果很好。这将在后续的章节里论述。 在建立了完整的颜色信息库的基础上，对多个目标进行分割实际上通过对图像进行多重二值化就可得到。对目标体的位姿的判定，也就是确定每个机器人在场地内的位置和方位。现在常用的色标形状一般都是规则的几何图形，色标设计的原则是，应该可以由其判断出机器人的位姿。 上述辩识算法虽然简单易用，却存在着一些无法克服的问题。首先，由于建立颜色特征信息库本身的弊端，不可避免地会出现识别的不准确性，这样给进一步的计算带来误差；其次，由于不同的颜色受环境的影响不同，色块向周围扩散的程度不同，而且由于颜色间的相互干扰，使得色标本身包含的颜色信息过于丰富，尤其是两个色标交界的区域，混色现象严重，这一方面带来很多干扰，增加了色标的挑选难度，另一方面导致色块中心不稳，据此计算出来的位置和角度偏差过大；最后，由于辩识的结果依赖于两个色块，当其中一个由于环境的影响或噪声的于扰而丢失时，系统无法给出正确结果。 比赛中所使用的球(高尔夫球)较小，系统的分辨率又比较低，检测出的球的位置数据带有噪声干扰。因此必须使用统计的方法对目标进行估计。一般采用卡尔曼滤波器进行跟踪预测【5】。 综上所述，微型足球机器人视觉系统的一般工作过程如图2.3所示。 图2.3 视觉子系统工作过程 2.1.2策略子系统 策略子系统根据现场的情况，如当前比分、哪方控球、敌方球队的水平等因素安排己方的策略，决定是进攻还是防守，再由策略库做出战术部署【6】。其实现过程是通过装在计算机中的策略子系统根据视觉子系统输出的数据，应用专家系统技术，判断场上攻守态势，分配己方机器人的攻守任务。策略应根据比赛规则和经验进行提取，并存于知识库中。各种智能算法如神经网络、模糊算法、遗传算法等也可以应用到构造策略库以及策略选择过程中。系统根据采取的策略，形成己方每个机器人小车的动作指令，输出给通讯子系统。 策略子系统是机器人足球系统的核心部分，它相当于人的大脑，可以根据当前场上态势作出推理，按照一定策略控制机器人的动作，以达到多机器人相互协作、配合完成即定任务的目的。它应当具有一定的智能性，满足系统实时性要求，并有一定的推理和学习能力，能实时控制机器人在场上的运行。实际上，它既拥有足球比赛中的教练员的作用，又相当于球员的大脑，根据视觉子系统反馈回来的信息来决定比赛策略，控制系统运行，使多个机器人的能力得到最大限度发挥，达到进球获胜的目的[7]。因此，在连续实时的动态环境下，能够完成对多智能体(机器人小车)进行协调控制，进行多种战略、战术的灵活运用，是机器入足球比赛取得胜利的关键环节。而且，作为整个比赛的指挥机构，上接视觉子系统，下接通讯子系统，策略子系统也是整个机器人足球系统智能处理的中心枢纽。 2.1.3通讯子系统 根据FIRA比赛规则，机器入小车与主机之间必须通过无线电通讯来传输指令【8】。无线通讯有两种方式可供选择：远程红外通讯系统和无线射频通讯系统【9】。一般的机器人足球系统都采用无线射频的通讯方式。通讯子系统通过计算机串行口取得相应的指令值，经过调制后再由独立的发射装置发送出去，与装在小车上的接收模块建立无线通信联系，机器人小车的通讯接收器接收信号并解调，然后传给车载微处理器，控制场上各机器人小车运动。由于机器人小车的体积有限，通常采用单向通讯方式，系统通过模块对机器小车入进行遥控。在集中式控制的系统中，主机对机器人小车单向传输指令，各 机器人小车之间没有通讯。为了实现一对多的通讯，机器入足球系统的通讯采用广播方式【10】，所有机器人小车采用统一的通讯频率，而发给不同机器人小车的命令则根据各自的标识加以区分。其系统结构图如图2．4所示： 图2.4 通讯子系统结构图 2.1.4 机器人小车子系统 在整个机器人足球比赛系统中，机器人小车扮演着执行机构的角色，相当于“运动员”，它不仅能根据主机发送的速度命令进行轮速的闭环控制，快速地实现前进、后退、转角、停车等基本动作，还能按照指令的要求完成射门、带球、挑球、拦截等战术动作，其性能的好坏直接决定了比赛的胜负。 机器人小车由车架、车轮、电机、减速机、测速码盘、驱动电源、单片机、DSP控制电路与无线接收模块等构成[11】。它可以按着主机发出的命令调整左、右轮转速，以保证按预定的轨迹运动【12】。 要实现高智能，一定要有高性能的CPU，但受到机器人尺寸的限制，选择一个在功能尺寸能量消耗上折衷的CPU是很重要的。机器人小车一般采用两个电机分别驱动两个轮子，为了获得好的运动特性，有的机器人采用三个轮子，称为全方位机器人(Omnidirectional Robot)。全方位机器人这样做增加了灵活性，但同时也增加了控制难度【13,14】。电机选择要考虑力矩、转速和能量消耗等因素，并选择合适的电机控制芯片。直流电机经过减速器可以得到较高的力矩，因此一般采用直流电机。 图2．5是一种代表性的轮式小车子系统的结构框图【15】。它采用基于高精度的锁相环调速方法代替传统MCU直接控制的直流电机调速方法；采用高稳定的通讯芯片实现小车和主机的通讯；以电压作为控制信号的电机驱动芯片实现低时延。对于直流电机的调速，采用双闭环(电流一速度)锁相调速系统：内环电流反馈整合在电机驱动芯片中，电流调节为PI调节，以抵消电枢中的惯性，加快调节速度，外环速度反馈利用锁相环对光电码盘反馈脉冲进行锬定，并利用PID调节保证系统的精度和实时性。 图2.5 小车子系统结构框图 2.2 机器人足球比赛系统研究的主要问题 机器人足球比赛系统是一个复杂的MAS 系统，其控制和设计牵涉到多方面的知识，在对它进行开发和设计的过程中，应从以下几个方面进行考虑[16]： 1）高精度图像识别问题：视觉系统通过摄像头采集图像，并由此确定比赛场上的相关信息，从而为决策的选择提供判断依据。但由于比赛环境的动态性和复杂性，使视觉信息中含有较大的噪声，另外，场上物体之间的相互遮挡为颜色之间的识别造成一定的干扰，因此，如何提高系统的识别精度和反应速度是视觉系统设计的关键。 2）实时决策与路径规划问题：场上的比赛环境是变化的，并且各机器人的位置也是不定的，如何根据对方球队的态势快速地进行己方队形的变换和角色的重新分配，并及时地规划出一条从初始点到目标点用时最少、距离最短的路径，而又不至于发生冲撞乃是决策子系统研究的关键问题。 3）灵活性和稳定性问题：为了提高机器人小车系统的稳定，通常的做法是在系统的主控制电路周围引入各种反馈控制环节，这样一来就增加了整个车体的重量，使得机器人在运动时不够灵活。反之，运动灵活的机器人虽在比赛时速度快，但容易发生“翻车”现象，系统工作不够稳定，因此，如何在灵活性和稳定性之间找到一个平衡点是在进行机器人小车设计时值得考虑的问题。 4）抗扰性和时延问题：通讯子系统在整个机器人足球比赛系统中起着命令传达的作用，但由于比赛环境中的各种干扰和传输速率的影响，造成数据传输上的误码和延时，最终导致机器人犯规或失球。由此可见，如何提高系统的抗干扰性和减少时延也是研究的重点问题之一。 5）协调性问题：机器人足球比赛是通过多个机器人之间的通力协作来取得比赛的最终胜利，对这样一个含有多个非智能体的系统来说，如何使它们更好地相互配合，并让各个子系统相互协调工作，成为系统研究的主要问题。以上问题分布在系统设计的各个环节中，本论文主要针对通讯子系统的抗扰性和时延问题加以讨论。 2.3本章小结 本章首先对足球机器人系统进行了介绍，接着对整个系统的结构和其包含的各大子系统的工作原理作了简单的描述和分析，最后对系统研发时应注意的问题进行了概括。 第三章 足球机器人无线通信软硬件条件的分析比较研究 3.1 引言 在第二章中，已对自主式足球机器人的系统结构和四个子系统进行了详细地介绍，各个子系统通过数据通信连接在一起，主机根据视觉子系统提供的场上相关信息快速地进行判断和决策，通过无线发射模块以无线电波的形式将控制命令发送出去，指挥场上的各个机器人作战，如图3.1。由此可见，通讯子系统是主机和机器人之间命令传输的纽带，是足球机器人系统中不可缺少的一个重要环节，其职责是快速、准确地将命令从一端（主机）传到另一端（机器人）。若在通讯的过程中发生错误或产生时延，将导致机器人失控或误动作，甚至会直接影响比赛的顺利进行，因此，无线通讯子系统性能的好坏是机器人足球赛能否胜利的关键。本章将主要对机器人无线通讯系统的软硬件进行分析研究。 图3.1 足球机器人无线通讯图 3.2足球机器人无线通讯的硬件分析 3.2.1天线 天线在通讯系统中起着不可忽视的作用，合理的选择和设计天线不仅可以提高系统的发射功率，还能较好地抑制各种干扰。 （1）形状的选取 在实际应用中，天线的形状主要有鞭式、环型和螺旋型三种，其具体性能分别见表 3.2。 鞭式天线 环型天线 螺旋型天线 尺寸大小 小 中 大 抗干扰能力 好 不好 中 设计难易 容易 一般 难 作用范围 120cm 50cm 80cm 总体性能 好 不好 中 表3.2 三种天线性能比较 由上可见，鞭式天线的总体性能均优于其他两种。 （2）长度的计算 由文献[17]可知，鞭式天线的辐射能量与天线的长度有关，其关系可通过式（3-1）来描述。 式中： IM 为天线上电流的最大值； 3.2.2微处理器 适合于移动机器人平台的微控制器主要有8／16位单片机、ARM微处理器和数字信号处理器DSP等。8／16位单片机具有控制系统设计简单、硬件开发周期短等优点，但处理器功能简单、数据处理能力不强，需要借助外部电路来实现较复杂的功能，导致电路板尺寸较大，且整个系统的稳定性较差。DSP具有较强的数据处理能力、体积小，但在中断处理、位处理或逻辑操作等方面不如单片机。ARM微处理器具备运行速度快、片内集成的外设功能丰富、其嵌入式软件移植性好、性价比高、功耗低等优点，广泛应用于众多领域【18】。 作为低功耗的32位RISC处理器，ARM微处理器目前应用广泛的有两个系列：ARM7和ARM9。ARM7系列核包括ARM7TDMI、ARM7TDMI．S和在此基础上发展起来的ARM71蚴M720T／ARM740T等cache CPU核。ARM9系列微处理器是在ARM7基础上发展起来的。以AMR9TDMI为基础，发展出ARM9E，ARM920T，ARM940T等CPU核以适用于不同的应用场合【19】。相比而言，ARM9在性能、使用范围和功耗等方面均优于ARM7系列微处理器。 3.2.3 无线网络设备 常用的无线网络设备有无线网卡、接入点设备和无线路由器等。 无线网卡是客户端使用的联网设备，包括PCMCIA,SUB,PCI等接口的网卡。 接入点设备AP是无线局域网网桥，可作为以太网CSMA/CD协议和无线CSMA/CD协议的连接点。Access Ppint可以很容易的和已有的无线网络集成。在大规模使用中，多个Access Point提供漫游的功能，使无线用户自由移动，并保持无缝、不间断的网络服务。 无线路由器可以实现无线网卡间的无线通讯。无线路由器可以与所有以太网接的ADSL MODEM或CABLE MODEM直接相连，也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器等局域网方式再接入。其内置有简单的虚拟拨号软件，可以存储用户名和密码拨号上网，可以实现为拨号接入Internet的ADSL、CM等提供自动拨号功能，而无需手动拨号或占用一台电脑做服务器使用。此外，无线路由器一般还具备相对更完善的安全防护功能。 3.3 足球机器人无线通讯的软件分析 整个无线通信网的软件共有3部分，包括在每个机器人节点的软件，运行于主机端的软件和无线设备的软件。 机器人端软件得主要任务主要有以下几项：1．对通信模块进行初始化配置。2．从射频收发芯片接收数据帧。3．将接收到的数据包经过解包后交给相应的应用处理。4．将各种应用要发送的数据按照协议打包。5．将数据从发送芯片发送出去。 对于计算机端的软什则与每个机器人节点软件的处理流程很相似，只不过视觉信息通告和强制命令的应用是单向发送数据的，并且一般的可靠连接都是由计算机端发起的。由于计算机是通过串口与无线设备相连的，因此，通过串口发送的数据格式和无线模块的数据 包是不同的。它的格式如下： 链路层头 网络层头表 传输层头表 应用数据 与无线数据包的区别为数据包头不同，为了防止数据包误收，包头一般至少需要两个或两个以上的字节，而且应该选择指令数据中出现几率较低的数值和组合，在这个系统中常用OxffOx00就是一个很常用的帧头。 第四章 足球机器人无线通讯技术的研究 4.1 主要无线通讯技术的介绍 目前使用较广泛的近距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)，无线局域网802.11(Wi－Fi)和红外数据传输(IrDA)。同时还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，它们分别是:ZigBee、超宽频(UltraWideBand)、短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DETC、无线1394 和专用无线系统等[23]。 它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特别要求；或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。 (1)蓝牙技术 蓝牙技术诞生于1994 年，Ericsson 当时决定开发一种低功耗、低成本的无线接口，以建立手机及其附件间的通信。该技术还陆续获得代行业业界巨头的支持。1998 年，蓝牙技术协议由Ericsson、IBM、Intel、NOKIA、Toshiba 等5 家公司达成一致。 蓝牙协议的标准版本为 802.15.1，由蓝牙小组(SIG)负责开发。802.15.1 的最初标准基干蓝牙1.1 实现，后者已构建到现行很多蓝牙设备中。新版802.15.1a 基本等同于蓝牙1.2 标准，具备一定的QoS 特性，并完整保持后向兼容性[24]。 但蓝牙技术遭遇了最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。这就使得许多用户不愿意花大价钱来购买这种无线设备。因此，业内专家认为，蓝牙的市场前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。 (2)Wi－Fi 技术 Wi－Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE802.1lb，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。Wi－Fi 速率最高可达11Mb/s。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m 左右。 Wi－Fi 是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s 的速度接入Web。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享，Wi－Fi 的连接速度一般将只有几百kb/s的信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。 最初的IEEE802.11 规范是在1997 年提出的，称为802.11b，主要目的是提供WLAN 接入，也是目前WLAN 的主要技术标准，它的工作频率也是2.4GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi－Fi 协议新版本如802.11a 和802.11g 的先后推出，Wi－Fi 的应用将越来越广泛。速度更快的802.11g 使用与802.11b 相同的正交频分多路复用调制技术。它工作在2.4HGz 频段，速率达54Mb/s。根据最近国际消费电子产品的发展趋势判断，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。 (3)IrDA 技术 红外线数据协会 IrDA(Infrared Data Association)成立于1993 年。起初，采用IrDA 标准的无线设备仅能在1m 范围内以l15.2kb/s 速率传输数据，很快发展到4Mb/s 以及16Mb/s 的速率。 IrDA 是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA 及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。 IrDA 的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。 IrDA 的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2 台(非多台)设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。IrDA 目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。 (4)ZigBee 技术 ZigBee 这个字源自于蜜蜂群藉由跳ZigZag 形状的舞蹈，来通知其它蜜蜂有关花粉位置等信息，以达到彼此沟通讯息的目的，故以此作为新一代无线通讯技术的命名。ZigBee 先前也被称为“HomeRFLite”、“RF－EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee。 ZigBee 联盟成立于2001 年8 月。2002 年下半年，Invensys、Mitsubishi、Motorola以及Philips 半导体公司四大巨头共同宣布加盟ZigBee 联盟，以研发名为ZigBee的下一代无线通信标准。到目前为止，该联盟大约已有27 家成员企业。所有这些公司都参加了负责开发ZigBee 物理和媒体控制层技术标准的IEEE 802.15.4 工作组。 ZigBee 联盟负责制定网络层以上协议。目前，标准制订工作己完成。ZigBee协议比蓝牙、高速率个人区域网或802.11x 无线局域网更简单实用。 ZigBee 可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用2.4GHZ 波段，采用跳频技术。与蓝牙相比，ZigBee 更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是25Okb/s，当降低到28kb/s 时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性[25]。另外，它可与254 个节点联网。可以比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领 域拓展ZigBee 的应用。 (5)UWB技术 超宽带技术UWB(Ultra Wide band)是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB 可在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC 对UWB 的规定为:在3.1～10.6GHz 频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，在近年来得到了迅速发展。它在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传送数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。基于UWB 技术而构建的高速率数据收发机有着广泛的用途。 UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，低截获能力，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入，非常适于建立一个高效的无线局域网或无线个域网(WPAN)。 UWB主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高(大于100Mb/s)的LANs或PANs。 (6)NFC 技术 NFC(Near Field Communication，近距离无线传输)是由Philips、NOKIA 和Sony主推的一种类似于RFID(非接触式射频识别)的短距离无线通信技术标准。和RFID不同，NFC 采用了双向的识别和连接。在20cm距离内工作于13.56MHz频率范围。 NFC 最初仅仅是遥控识别和网络技术的合并，但现在已发展成无线连接技术。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、Wi－Fi 设备提供一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短距离范围进行通讯。NFC 的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚，不用再听到各种电子杂音。NFC 通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，帮助解决记忆多个密码的麻烦，同时也保证了数据的安全保护。有了NFC，多个设备如数码相机、PDA、机顶盒、电脑、手机等之间的无线互连，彼此交换数据或服务都将有可能实现。 此外NFC 还可以将其它类型无线通讯(如Wi－Fi 和蓝牙)“加速”，实现更快和更远距离的数据传输。每个电子设备都有自己的专用应用菜单，而NFC 可以创建快速安全的连接，而无需在众多接口的菜单中进行选择。与知名的蓝牙等短距离无线通讯标准不同的是，NFC 的作用距离进一步缩短且不像蓝牙那样需要有对应的加密备。 同样，构建Wi－Fi 家族无线网络需要多台具有无线网卡的电脑、打印机和其它设备。除此之外，还得有一定技术的专业人员才能胜任这一工作。而 NFC 被置入接入点之后，只要将其中两个靠近就可以实现交流，比配置Wi－Fi 连结容易得多。 此外，自主开发射频模块实现无线通信的方法也较为常见，但其通信距离较短且开发周期过长。 4.2 基于足球机器人的无线通讯技术研究 通讯子系统是机器人足球比赛系统中一个重要组成部分，其通讯性能好坏，将严重影响机器人的运动和比赛的顺利进行。一般来说，对通讯子系统的要求是：能将决策子系统的控制指令及时而可靠地传送给机器人子系统。通讯频率可选，硬件电路结构紧凑，通信速率高，性能稳定可靠。为了便于机器人小车的活动，通讯子系统一般采用无线通讯方式。无线通讯的距离在10m左右。 根据对通讯子系统的设计要求，湖北工业大学的欧伟明采用了基于微控制器芯片AT89S52和无线通讯芯片nRF401的实现方案。通讯子系统与决策子系统采用RS232串口相连接，通讯子系统与机器人子系统采用无线电方式相联系。AT89S52作为通讯子系统的控制核心，接收由决策子系统中的PC机发出的控制命令，并控制芯片nRF401以无线电波的方式发送给机器人小车，从而控制机器人小车的运行路径和速度。通讯子系统结构框图如图4.1所示。 PC RS232 Serial port　 图4.1 通讯子系统结构框图 AT89S52是美国ATMEL公司生产的8位单片机，具有快速8051内核、8KB FLASH EEPROM、256B IDATA RAM，完全符合运行嵌入式实时操作系统RTX51Tiny的硬件要求，可1000次写／擦循环，有32根可编程I／0线，3个16位定时器／计数器，6个中断源，1个可编程串行通道UART，具有低功耗的闲置和掉电工作模式，片内含振荡器和时钟电路。 nRF401是由挪威Nordic VLSI ASA公司推出的一种单片无线收发芯片” ，在一个2O管脚芯片中包括了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换、放大器等单元电路。工作于433MHz ISM频段，满足无线电管制要求，无需使用许可证。数据通信速率高达20kb／s，最大传输功率为+10dBm，并可以 调整传输功率。 系统软件设计 4．2.1 命令控制字的格式 nRF401可以使用全双工模式，因此，机器人小车子系统不但可以接收主机发出的命令，而且可以向主机发出信息，甚至可以实现机器人小车子系统之间的通讯。但是当信息量过大时，有可能发生通讯死锁，所以应考虑通讯协议的设计。为确保通讯的顺畅，我们只允许主机向机器人发送命令，而禁止其他形式的通讯。命令控制字的具体格式如下： Si Li Ri 其中Si(i=1，2，3，⋯)，为i号机器人小车标识； Li(i=1，2，3，⋯)，为i号机器人小车左轮速度； Ri(i=1，2，3，⋯)，为i号机器人小车右轮速度。 Pc机发给每个机器人小车的控制命令字包括3个字节，第1字节是小车标号，第2字节是该小车左轮速度，第3字节是该小车右轮速度。一次性将所有机器人小车的控制命令打包发送。每个机器人小车都能接收到Pc机发送的每1条指令，机器人小车子系统上的通讯专用微控制器对标识信号进行比较，相符则随后数据有效，否则不予接收。若共有5个机器人小车，则全部控制命令是120bits。 采用AT89S52和nRF401所设计的通讯子系统，电路核心芯片少，外围电路简单，体积小巧，成本低，其无线通信距离及其通讯的可靠性均能满足机器人足球比赛系统的要求，从实际使用情况来看，使用效果相当好【26】。 4.3 基于Zigbee的闭环通讯足球机器人设计 4.3.1 基于Zigbee的闭环通讯足球机器人主板方案 现有结构的机器人小车因其自身的设计特点，存在着如下的一些缺陷。首先，不同频率的通讯模块之间干扰比较大，表现为在比赛过程中机器人小车经常会发生失控的状态。其次，采用单工通讯方式，使机器人小车的可测试性比较差，当小车失控的时候，无法知道机器人失控的原因，其中可能的原因包括小车上的硬件故障、无线通讯的干扰等。 西北工业大学的胡波，李孝安针对半自主足球机器人系统无线通讯子系统中存在的可靠性、可测试性等方面的缺陷，研究了新的足球机器人无线通讯系统的方案，论述了基于ZigBee和ARM技术的新的足球机器人主板系统的设计与实现，力求设计开发出新的集成性能更好的足球机器人系统。 ZigBee技术可以很好的支持网络功能，却占用相对较少的硬件资源。通过与其他短距离无限通讯技术的综合比较，并结合足球机器人比赛项目的特定需求，在机器人足球这样的资源有限但对干扰比较敏感的系统中适合采用ZigBee技术作为无线通讯手段。考虑到机器人足球比赛的应用以及多智能体技术的发展，不仅要让设计出来的系统满足目前比赛的需求，更要面对应用扩展和全自主化的趋势。单片机在处理速度和系统的扩展性能上，都相对较差；而DSP虽然具有更高的运算速度，但是它主要面向的是信号处理，更适合特殊的运算，如数字滤 波、卷积和FFT等，而且价格昂贵。所以本设计中没有采用单片机和DSP芯片，而选用了基于ARM技术的微控制芯片。 本设计中新的主板系统上采用嵌入式操作系统。µc/os和µCLinux是目前得到广泛应用的两种免费且公开源码的嵌入式操作系统。虽然µc/os占用空间小，执行效率相对较高，但是µCLinux具有对多种文件系统的支持能力，支持NFS、MS—DOS、Ext3与FATl6／32等文件格式。这样，实验或比赛中所保存的现场数据在Windows和Linux下都可以进行处理，便于进行系统测试。µCLinux内嵌了TCP／IP协议,也具有强大的网络功能，同时可以借鉴Linux丰富的资源，对一些复杂的应用，µCLinux具有相当优势。所以为了增强足球机器人系统的可测试性，最终选用了µCLinux作为足球机器人的操作系统。 全功能设备与上位机相连接，发送上位机的命令并接收小车端设备的反馈信息。整个通讯系统进行半双工通讯，为上位机提供了准确掌握小车状态的方法。通讯闭环用以使策略系统得到准确的小车状态，做出最优的策略决策。闭环通讯硬件结构如图4.2所示。 图4.2 闭环通讯硬件结构 在闭环通讯模式下，主控计算机除了发送指令外，还可以得到小车反馈回来的运动状态。小车上的微控制器进行命令的接收、解析、执行以及对自身状态的获取，最后将这些信息反馈给主控计算机。 虚线框内的表示小车子系统，虚线框外的表示上位机系统。通过ZigBee无线通讯方式，实现上位机对小车子系统的无线控制。 4．3．2 基于Zigbee的闭环通讯足球机器人闭环通讯设计 上位机的任务主要有图像采集、视觉处理、策略运行和发送命令。现在的策略系统每秒运行30次。其中进行图像采集和策略运行的时间约为15毫秒到20毫秒，占用了大量的时间。如果让上位机接收各个小车状态的话，将会增加上位机的负担，降低系统的性能。所以为了有效地向上位机反馈信息并且不影响上位机工作，我们在小车之间产生一个组长，负责接收其他小车发送的小车状态并向上位机反馈。 为了减少小车之间的通讯数据量，并且减少小车为同步组长所需要的时间消耗，采用固定小车担任组长的策略(设为0号小车)，没有采用动态分配组长任务的策略。这样可以减少上位机通讯模块因为接收最多11个小车的反馈信息而产生的延迟。 对于0号小车，在上位机进行图像采集和策略运行的时间间隔里进行多次数据接收也会对小车性能产生一定的影响。在反馈数据信息的内容上，在测试和正式比赛的情况下是有差别的。在测试过程中小车反馈轮速和接收到命令，用以检测自身状态和通讯干扰，为5个字节，在100Kbps的传输速率下最多50个字节的数据量占用的时间小于5毫秒，并不会严重影响0号小车的性能，但是却为系统测试提供有效的数据；在正式比赛中，则只反馈每个车的状态是否正常，每一位表示一个小车的状态，最多两个字节，在100Kbps的通讯速率下占用的时闯小于0．2毫秒，有效的减少0号小车的负载，同样为策略系统提供了小车状态作为参考。 非0号小车在向0号小车发送状态信息以前，监听是否有其他小车正在发送数据，如果有，则等待该小车发送结束后再次监听并向组长发送状态信息。 4.3.3通讯帧格式设计 闭环通讯的机器人比赛系统的帧格式如图4.3所示 帧头 数据 结束标志 帧格式 地址 左轮速 右轮速 数据单元 帧格式是上位机和机器人小车在发送数据的时候都需要遵守的格式。上位机通过发送帧头信息，提示所有小车知道后面的消息是上位机的命令，所有的小车都需要按照地址接收并处理；数据的地址位则代表该数据单元是给不同的小车的；结束标志提示组长可以进行信息反馈。组长向上位机反馈信息结束后发送结束标志，提示其他小车可以向自己发送自己的状态。小车发送的数据单元的地址表示自身车号。 上位机发送命令与小车之间通信的广播字与结束标志不同，应该加以区分。 4.3.4 系统性能分析 新通讯技术的采用和闭环通讯系统的设计改善了机器人比赛系统中通讯干扰的问题，并为比赛系统提供了可测试性。上位机与机器人小车的半双工通讯实现了新的闭环通讯的足球机器人控制方法，通过向上位机反馈当前运动状态，解决了上位机对小车状态掌握不准确的问题，避免了因为视觉上的干扰，出现对小车控制命令发生状态抖动的现象。这种闭环通讯的方法，也可以参考用于传感器网络当中。 设计采用具有优良性能的ARM技术芯片，便于以后进行更多的功能扩展。使用功能强大的µCLinux作为操作系统，不仅让机器人“变得聪明”，而且也给予了它“变得更加聪明的空间”。由于Linux系统具有很多其他的嵌人式应用，将可以更加方便的移植到机器人这样的移动设备上。 4.4 基于蓝牙技术的无线通讯系统设计 目前在机器人足球比赛中（半自主机器人比赛），采用的是无线发生器对每个在场“球员”进行控制，尽管此技术已应用多年，仍存在稳定性不好、抗干扰能力差等问题。蓝牙（BiueTooth）技术是一种短距离无线通信技术，其产品不仅体积小、功耗低、抗干扰能力强、实时性好和安全可靠性等特点，而且又可以方便的集成到几乎任何数字设备中。若将此技术运用到MicroSot 的无线通信系统中，必将会对MicroSot 有很大的使用价值和现实意义［27］. 对此，哈尔滨商业大学的王书达，牛继来，潘庆和等人在哈尔滨商业大学学报（自然科学版）《蓝牙无线通信网络技术的研究》一文中设计出了以蓝牙技术作为通讯技术的足球机器人，以期使无线通讯水平能得到更好地提高。 4.4.1 蓝牙网络的主/从设备 蓝牙所建立的网络称为Ad - hoc 网络，提供点对点和点对多点的无线连接. 在任意一个有效通信范围内，所有设备的地位都是平等的，但首先提出通信要求的设备为主设备（MaSter），被动进行通信的设备为从设备（Slave）. 通过时分多址（TDMA）方式，1台主设备最多可同时与7 台从设备进行通信，并可以和更多的从设备（最多可达256个）保持同步但不进行通信. 所有的通信在1台主设备和1台从设备之间进行，而从设备之间通信的唯一途径是通过主设备。 4.4.2 蓝牙微微网的研究 一台主设备和一台以上的从设备构成的网络称为蓝牙的主从网络，它可以被看作是一个微型的局域网，故称之为微微网（Piconet） 1）微微网的访问原理 蓝牙核心协议包括BaseBand、LMP、L2CAP 以及SDP，如图4.4 所示，他们相互协作实现蓝牙的基本功能。BaseBand 协议负责建立微微网内设备间的物理射频链路；LMP协议负责设备间连接的建立和设置；L2CAP协议是BaseBand 的上层协议，支持高层协议的复用，报文的分段、重组以及服务质量（QoS）；SDP协议是所有蓝牙应用模型的基础，通过SDP可以查询到设备信息和服务类型，以便在两个或多个设备间建立连接［28］. 蓝牙无线通信是基于底层传输协议的，该协议负责蓝牙设备间相互确认对方的位置，以及建立和管理蓝牙设备间的物理和 BNEP SDP ME L2CAP BaseBand 逻辑链路。 ME SDP BNEP L2CAP BaseBand 2）微微网中连接过程 蓝牙无线通信一般包括查询、服务发现、建立连接、通信和结束连接等过程. 为建立一个新的连接，可使用查询（Inguiry）和寻呼（Page）过程，在寻呼和查询过程中分别使用设备接入码（DAC）和查询接入码（IAC），IAC 用于发现在设备覆盖区域内的设备以及设备的地址和时钟，连接过程使用DAC，建立连接的设备将处理寻呼过程，成为主设备. 在寻呼扫描（Page Scan）和查询扫描（Inguiry Scan）状态的节点中分别使用相应的相关器进行处理. 寻呼过程后，主设备必须用最大轮询（PoII）间隔来轮询从节点，之后即可执行时钟偏移等一系列请求过程. 建立过程如图4.5 所示。当两个设备都已发送LMP Setup compIete 后，连接成功，第一个分组就可以传送了. 图4.5 主从设备连接图 3）微微网中的无线通信网络 由图2.1知在机器人足球比赛中，需要一台主机（教练）对多个机器人（队员）下达指令（命令），同时各个机器人之间又要互相协作，所以可以在微微网中进行无线通信，而该网中的主设备（队长）在球场上起到核心作用，对角色分配、攻防协作、转换等进行命令的传达，并将相应信息返回到主机进行信息决策和控制. 机器人间进行通信，每个机器人就必须拥有一个唯一标识以相互区别，并且使用该标识来区分不同的球队，避免不同球队间的相互干扰，从而实现彼此间准确无误的通信. 我们可以在机器人中嵌入蓝牙设备，因为所有的蓝牙设备内都有一个唯一的48位BD-ADDR（BIuetooth Device Address）地址，此地址是蓝牙技术的运算核心。BD-ADDR分为3个部分：24位的LAP（Lower Address Part）、8 位的UAP（Upper Address Part）和16位的NAP（Non – significant Address Part）。通过实验分析，当多个蓝牙设备彼此间建立联机或是蓝牙设备内部不同层传递通信协议时，使用LAP代替全部的BD-ADDR地址，能够减少必须传递的信息量，加快其相互间的相应速度，有利于比赛中的实时通信. 蓝牙可以在主从设备间建立两种类型的通信链路，面向连接的同步链路SCO（Synchronous Connection-Oriented）和面向无连接的异步链路ACL （Asynchronous Connection - Less）。主设备通过LMP发送一个SCO建立消息来建立SCO链路，该消息包括定时参数，例如SCO间隔TSCO和预留时隙的偏移DSCO。 当两个蓝牙设备建立起SCO连接时，必须先建立一个ACL链路以传送控制信息，然后再建立一个或多个SCO链路，SCO链路保留由SCO间隔来分割的时隙，随后SCO时隙将随SCO间隔周期性出现。SCO链路属于电路交换的同步传输类型，电路交换是当主设备与从设备间的连接一旦建立后，不管有无数据传送，系统都会预留固定的时隙给主从设备。每一个SCO链路支持64 kb/S 的通信速率，一旦SCO链路建立，主设备和从设备可直接发送SCO包，主设备无需事先询问从设备，SCO链路属于点对点连接，这种链路比较适合MiroSot中的实时通信。主设备与从设备间最多可以支持3条SCO链路，或从设备与3个从设备各建立一条SCO链路、或从设备与另外两个主设备间建立一条SCO链路，这与比赛中主从设备间的通信互相吻合。 4）蓝牙中的跳频扩谱技术 为了加强各设备在进行无线通信时的安全性和抗干扰能力，蓝牙采用快速跳频（Hopping Freguency）扩谱技术。将2.4 GHZ 通信频段以伪随机方式切割成79 个频率信道，每个信道的带宽为1MHZ，蓝牙的跳频速率为1600 次/S，每个时隙的发射时间为625µS。但在主设备与其他从设备间要开始建立连接的呼叫与查询状态时，跳频速率可提高到3 200 次/S。在同一主从网络中的所有蓝牙设备都有相同的跳频序列，由主节点的设备地址决定，所以都能够在同一时隙跳跃到相同的频道上发送与接收信号；因此即使附近有不同的主从网络，由于建立主从网络的主设备不同，其跳频序列也不同，彼此间干扰的影响也就很小，有利于蓝牙设备通信的保密。此外也可以利用自适应跳频（AdaptiveFH）［29］技术自动避开被干扰的跳频信道，并以最小的发射功率、最低的被截获概率，达到在无干扰的跳频信道上长时间保持优质通信的目的。可见，蓝牙的跳频扩谱技术不但可以在比赛中保证各队员间无线通信的实时性、安全可靠性，而且避免了不同球队的相互干扰，能够对场上机器人进行实时、准确、快速的调整，达到最佳效果。 4.4.3散射网在MiroSot 中的研究 在MiroSot 比赛中分为小型和大型比赛两种，针对前者可以采用微微网进行无线通信，对参赛的各个机器人进行控制，但微微网却不适用于后者的比赛要求。因为单一主从网只能同时与7 个活动设备进行通信，虽然还可以与256 个从设备保持同步，但彼此却不能通信，无法满足比赛中的实时性要求，必须针对大型比赛采用相应的更复杂的散射网（Scatternet）如图6 所示。在散射网中，不但没有降低主从设备间的通信传输速率，而且增加了主从网络中的通信设备数量（可远远超过11个），满足各种大型比赛的需要［30］. 在散射网中，主设备与从设备的角色经常转换，某个主从网络的主设备可以是其他主从网的从设备、每个从设备也可以是其他主从网络的主设备、不同主从网络还可以共享一个从设备，但是当从设备处在Active 状态时，只能选择加入其中的一个主从网络［31］。散射网的这种特性恰如MiroSot 比赛中的机器人的角色变换，因为比赛场上的情况是随时都在发生变化，此时为主攻（防）队员下一时刻也许就会变为助攻（协防）队员。散射网可通过不同主从网络重叠区的机器人（中场球员）进行通信，如图4.6 中的设备M/S，通过时分复用一个蓝牙设备可以同时和多个不同的微微网保持同步。由于两个不同的微微网中的主设备是不同步的，一个参与两个微微网的设备必须计算两个偏移量，加到自己的本地时钟，生成两个主时钟。另外，不同主设备的时钟是独立的，从设备需要周期性地更新偏移量，以便同时与两个主设备同步，缩短处在不同微微网中的机器人间的无线通信延时。 图4.6 散射网的构造图 在微微网中采用的各种保证通信实时性、安全性、可靠性的方式以及各种协议、通信原理同样可应用在散射网中，在此不再赘述。 该设计对蓝牙中的微微网与散射网两种拓扑结构进行了研究，着重分析了连接过程、跳频扩谱技术及通信原理。在机器人足球比赛中解决了现有通信系统中因避免相互干扰而必须采取的多种通信频率问题，实现了机器人与决策数据库服务器之间的快速、准确的无线通讯，提高了无线通信方式在MiroSot 比赛中的通用性、实时性、安全性、可靠性及抗干扰的能力。结合MiroSot 中的两种比赛类型，实现了蓝牙无线通信技术在MiroSot 比赛中的应用。 4.5本章小结 本章对目前的主流通讯技术进行了简要的介绍，主要介绍了机器人足球系统通信子系统的设计与实现。通过对几种不同类型的足球机器人通信子系统的构成和工作原理的介绍与比较，完成了对足球机器人通信子系统的研究。 第五章 基于智力风暴智能机器人的无线通讯研究 参考文献 1 刘祚时，张海英，林桂娟．群体机器人研究的现状和发展．机器人技术及应用，2004(1)：34—37 2 RoboCup官方站点：http：//www.robocup.org [3]李孝安.足球机器人系统中无线通讯网络和主板系统设计[硕士学位论文].西北工业大学,2006. 4 王文学，孙萍，徐心和.足球机器人系统结构与关键技术研究【J】.控制与决策，2001,16（2）：233-235 5 杜啸晓，杨新，施鹏飞．机器人足球视觉系统的软件研究．数据采集与处理．2001．16(2)：161-163 6 千进戈.千强.姚进．基于模糊评判的机器人足球比赛策略研究【J】．哈尔滨工业大学学报． 7 钟碧良.杨宜民．足球机器人协调控制的研究【J】．电机与控制学报，2003，7(2)：161-165． 8曹卫华，吴敏，桂卫华．Mirosot足球机器人小车控制器设计与开发【J】．哈尔滨二J：业大学学报，2004，36(7)：864—866． 9谢云．杨宜民，彭超，微型机器人足球系统中的通信子系统设计【j】．现代通信技术，2001，8：19—21． 10关慧贞，王兰兰，魏永．足球机器人通信子系统的结构与通信协议设计【J】．机械设计与制造，2005，3：104—106． 11 Poggio．t Computational vision and regularization theory．Nature，1985，317：314-319 12 Terzopoulos．D．Regularization of inverse visual problems involving discontinuities．IEEE Trans．on PAMI，1986，8(4)：413-424 13 J．-H．Kim,H．一S．Shim，H．·S．Kim，etal．A cooperative multi-agent system and its real·time application to robot soccer．Proc of IEEE Int．Cone On Robotics and Automation,NeW Mexico，1997，4：638-643 14 R．L．Williams II，B．E．Carter,E Gallina，etal．Dynamic model with slip for wheeled omnidirectional robots．IEEE Transactions On R0botics and Automation．2002．1 8(3)：285-293 15 K．Watanabe．Control of all omnidirectional mobile robot．International Conference Oil Knowledge-Based Intelligent Electronic Systems，1998，4，51-60 16 邓志强.小型组机器人足球系统研究[J].机器人技术与应用,2004(3):13-16. 17 张华光.机器人足球比赛中通讯与决策的研究[硕士学位论文].大庆石油学院,2005. 18 徐英慧．ARM9嵌入式系统设计一基于$3C2410与Linux[M]．北京：北京航空航天大学出版社．2007：P147～153 19 P．Raghavan， Amol Lad，Sriram Neelakandan．嵌入式Linux系统设计与开发【M】．北京：电子工业出版社．2008：P212—214 20 陈辉．带有力觉和触觉临场感的灵巧手主从系统的设计【J】．机器人，1998年第6期：P437—441． 21 段水福，历晓华，段炼．无线局域网(WLAN)设计与实现[M]．浙江：浙江大学出版社．2007：P40—44 22 赵元安．无线接入原理及应用【M】．北京：国防工业出版社．2007：P64-69 23 刘竞宇,张国印,顾国昌.关于足球机器人系统的工作模式及通讯机制的探讨[J].哈尔滨工程大学学报,2001,22(4):51-55. 24 刘赞.基于ARM7 的足球机器人底层控制系统的设计[硕士学位论文].大连:大连理工大学,2005. 25 钟碧良.机器人足球系统的研究与实现[博士学位论文].广东:广东工业大学,2003. 26 欧伟明.机器人比赛无线通讯子系统的设计，湖南工业大学《电气自动化》2007年第29卷第4期 27 李凡长. 基于DFS 的专家数据库系统设计［J］. 计算机工程，2001，27（3）：96 - 99. 28 汪国章. ERP 原理、实施与案例［M］. 北京：电子工业出版社，2003. 29 袁志刚. 基于三层C/S 结构的企业ERP 系统的设计［J］. 计算技术与自动化，1999（3）：115 - 117. 30 秦荪涛. 企业实施ERP 的技术解决途径［J］. 计算机系统应用，2000（9）：7 - 9. 31 周水银，陈荣秋. 基于internet 的虚拟企业资源计划V - ERP［J］. 计算机工程与应用，2001（6）：20 - 11. 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。 论文密级： □公开 □保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 作者签名：_______ 导师签名：_______ _______年_____月_____日 _______年_____月_____日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 二〇一〇年九月二十日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 二〇一〇年九月二十日 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 年 月 日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解**学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 年 月 日 基本要求：写毕业论文主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力，使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。毕业论文应反映出作者能够准确地掌握所学的专业基础知识，基本学会综合运用所学知识进行科学研究的方法，对所研究的题目有一定的心得体会，论文题目的范围不宜过宽，一般选择本学科某一重要问题的一个侧面。 毕业论文的基本教学要求是： 1、培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决实际问题能力、培养学生处理数据和信息的能力。2、培养学生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。3、培养学生进行社会调查研究；文献资料收集、阅读和整理、使用；提出论点、综合论证、总结写作等基本技能。 毕业论文是毕业生总结性的独立作业，是学生运用在校学习的基本知识和基础理论，去分析、解决一两个实际问题的实践锻炼过程，也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结，是整个教学活动中不可缺少的重要环节。撰写毕业论文对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。 毕业论文在进行编写的过程中，需要经过开题报告、论文编写、论文上交评定、论文答辩以及论文评分五个过程，其中开题报告是论文进行的最重要的一个过程，也是论文能否进行的一个重要指标。 撰写意义：1.撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施，也是提高教学质量的重要环节。大学生在毕业前都必须完成毕业论文的撰写任务。申请学位必须提交相应的学位论文，经答辩通过后，方可取得学位。可以这么说，毕业论文是结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。毕业论文是大学生才华的第一次显露，是向祖国和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报到书。一篇毕业论文虽然不能全面地反映出一个人的才华，也不一定能对社会直接带来巨大的效益，对专业产生开拓性的影响。但是，实践证明，撰写毕业论文是提高教学质量的重要环节，是保证出好人才的重要措施。 2.通过撰写毕业论文，提高写作水平是干部队伍“四化”建设的需要。党中央要求，为了适应现代化建设的需要，领导班子成员应当逐步实现“革命化、年轻化、知识化、专业化”。这个“四化”的要求，也包含了对干部写作能力和写作水平的要求。 3.提高大学生的写作水平是社会主义物质文明和精神文明建设的需要。在新的历史时期，无论是提高全族的科学文化水平，掌握现代科技知识和科学管理方法，还是培养社会主义新人，都要求我们的干部具有较高的写作能力。在经济建设中，作为领导人员和机关的办事人员，要写指示、通知、总结、调查报告等应用文；要写说明书、广告、解说词等说明文；还要写科学论文、经济评论等议论文。在当今信息社会中，信息对于加快经济发展速度，取得良好的经济效益发挥着愈来愈大的作用。写作是以语言文字为信号，是传达信息的方式。信息的来源、信息的收集、信息的储存、整理、传播等等都离不开写作。 论文种类：毕业论文是学术论文的一种形式，为了进一步探讨和掌握毕业论文的写作规律和特点，需要对毕业论文进行分类。由于毕业论文本身的内容和性质不同，研究领域、对象、方法、表现方式不同，因此，毕业论文就有不同的分类方法。 按内容性质和研究方法的不同可以把毕业论文分为理论性论文、实验性论文、描述性论文和设计性论文。后三种论文主要是理工科大学生可以选择的论文形式，这里不作介绍。文科大学生一般写的是理论性论文。理论性论文具体又可分成两种：一种是以纯粹的抽象理论为研究对象，研究方法是严密的理论推导和数学运算，有的也涉及实验与观测，用以验证论点的正确性。另一种是以对客观事物和现象的调查、考察所得观测资料以及有关文献资料数据为研究对象，研究方法是对有关资料进行分析、综合、概括、抽象，通过归纳、演绎、类比，提出某种新的理论和新的见解。 按议论的性质不同可以把毕业论文分为立论文和驳论文。立论性的毕业论文是指从正面阐述论证自己的观点和主张。一篇论文侧重于以立论为主，就属于立论性论文。立论文要求论点鲜明，论据充分，论证严密，以理和事实服人。驳论性毕业论文是指通过反驳别人的论点来树立自己的论点和主张。如果毕业论文侧重于以驳论为主，批驳某些错误的观点、见解、理论，就属于驳论性毕业论文。驳论文除按立论文对论点、论据、论证的要求以外，还要求针锋相对，据理力争。 按研究问题的大小不同可以把毕业论文分为宏观论文和微观论文。凡届国家全局性、带有普遍性并对局部工作有一定指导意义的论文，称为宏观论文。它研究的面比较宽广，具有较大范围的影响。反之，研究局部性、具体问题的论文，是微观论文。它对具体工作有指导意义，影响的面窄一些。 另外还有一种综合型的分类方法，即把毕业论文分为专题型、论辩型、综述型和综合型四大类： 1．专题型论文。这是分析前人研究成果的基础上，以直接论述的形式发表见解，从正面提出某学科中某一学术问题的一种论文。如本书第十二章例文中的《浅析领导者突出工作重点的方法与艺术》一文，从正面论述了突出重点的工作方法的意义、方法和原则，它表明了作者对突出工作重点方法的肯定和理解。2．论辩型论文。这是针对他人在某学科中某一学术问题的见解，凭借充分的论据，着重揭露其不足或错误之处，通过论辩形式来发表见解的一种论文。3．综述型论文。这是在归纳、总结前人或今人对某学科中某一学术问题已有研究成果的基础上，加以介绍或评论，从而发表自己见解的一种论文。4．综合型论文。这是一种将综述型和论辩型两种形式有机结合起来写成的一种论文。如《关于中国民族关系史上的几个问题》一文既介绍了研究民族关系史的现状，又提出了几个值得研究的问题。因此，它是一篇综合型的论文。 写作步骤：毕业论文是高等教育自学考试本科专业应考者完成本科阶段学业的最后一个环节，它是应考者的 总结 性独立作业，目的在于总结学习专业的成果，培养综合运用所学知识解决实际 问题 的能力。从文体而言，它也是对某一专业领域的现实问题或 理论 问题进行 科学 研究 探索的具有一定意义的论说文。完成毕业论文的撰写可以分两个步骤，即选择课题和研究课题。 首先是选择课题。选题是论文撰写成败的关键。因为，选题是毕业论文撰写的第一步，它实际上就是确定“写什么”的问题，亦即确定科学研究的方向。如果“写什么”不明确，“怎么写”就无从谈起。 教育部自学考试办公室有关对毕业论文选题的途径和要求是“为鼓励理论与工作实践结合，应考者可结合本单位或本人从事的工作提出论文题目，报主考学校审查同意后确立。也可由主考学校公布论文题目，由应考者选择。毕业论文的总体要求应与普通全日制高等学校相一致，做到通过论文写作和答辩考核，检验应考者综合运用专业知识的能力”。但不管考生是自己任意选择课题，还是在主考院校公布的指定课题中选择课题，都要坚持选择有科学价值和现实意义的、切实可行的课题。选好课题是毕业论文成功的一半。 第一、要坚持选择有科学价值和现实意义的课题。科学研究的目的是为了更好地认识世界、改造世界，以推动社会的不断进步和发展 。因此，毕业论文的选题，必须紧密结合社会主义物质文明和精神文明建设的需要，以促进科学事业发展和解决现实存在问题作为出发点和落脚点。选题要符合科学研究的正确方向，要具有新颖性，有创新、有理论价值和现实的指导意义或推动作用，一项毫无意义的研究，即使花很大的精力，表达再完善，也将没有丝毫价值。具体地说，考生可从以下三个方面来选题。首先，要从现实的弊端中选题，学习了专业知识，不能仅停留在书本上和理论上，还要下一番功夫，理论联系实际，用已掌握的专业知识，去寻找和解决工作实践中急待解决的问题。其次，要从寻找科学研究的空白处和边缘领域中选题，科学研究。还有许多没有被开垦的处女地，还有许多缺陷和空白，这些都需要填补。应考者应有独特的眼光和超前的意识去思索，去发现，去研究。最后，要从寻找前人研究的不足处和错误处选题，在前人已提出来的研究课题中，许多虽已有初步的研究成果，但随着社会的不断发展，还有待于丰富、完整和发展，这种补充性或纠正性的研究课题，也是有科学价值和现实指导意义的。 第二、要根据自己的能力选择切实可行的课题。毕业论文的写作是一种创造性劳动，不但要有考生个人的见解和主张，同时还需要具备一定的客观条件。由于考生个人的主观、客观条件都是各不相同的，因此在选题时，还应结合自己的特长、兴趣及所具备的客观条件来选题。具体地说，考生可从以下三个方面来综合考虑。首先，要有充足的资料来源。“巧妇难为无米之炊”，在缺少资料的情况下，是很难写出高质量的论文的。选择一个具有丰富资料来源的课题，对课题深入研究与开展很有帮助。其次，要有浓厚的研究兴趣，选择自己感兴趣的课题，可以激发自己研究的热情，调动自己的主动性和积极性，能够以专心、细心、恒心和耐心的积极心态去完成。最后，要能结合发挥自己的业务专长，每个考生无论能力水平高低，工作岗位如何，都有自己的业务专长，选择那些能结合自己工作、发挥自己业务专长的课题，对顺利完成课题的研究大有益处。 致 谢 这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分每秒，但是我记得每一个有你们的精彩瞬间，我相信通过大学的历练，我们都已经长大，变成一个有担当，有能力的新时代青年，感谢你们的陪伴，感谢有你们，这篇论文也有你们的功劳，我想毕业不是我们的相处的结束，它是我们更好相处的开头，祝福你们！我也要感谢父母，这是他们给我的，所有的一切；感谢母校，尽管您不以我为荣，但我一直会以我是一名农大人为荣。 通过这次毕业设计，我学习了很多新知识，也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路，过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师，我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理，以及科学严谨的学术态度，令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习，天天向上的学习环境和机会。 即将结束*大学习生活，我感谢****大学提供了一次在**大接受教育的机会，感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。 MAX232 AT89S52 nRF401 视觉子系统 主函数 策略子系统 通讯子系统 通讯模块 运动状态检测 微控制系统 电机控制 状态反馈 小车子系统 图4.3 通讯帧格式 LMP LMP 图4.4 Piconet链路连接原理 主设备 从设备 基带寻呼过程 LMP过程 LMP-host-connection-req LMP-accepted or LMP-not-accepted LMP安全过程 LMP-setup-complete LMP-setup-complete 图像分析 预处理 输出 人机交互 A/D转换 视频输入 图形理解 主机中的 通信程序 无线数据 发射器 无线数据 接收器 机器人控制器的通信程序 无线通信子系统 通讯芯片 MCU PLL锁相环 PLL锁相环 光电码盘 光电码盘 直流电机 驱动芯片 片 驱动芯片 直流电机