一種基于無線傳感網(wǎng)和云計算的電腦鼠機器人控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于微型機器人控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電腦鼠機器人的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電腦鼠，英文名MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、傳感器和機電運動部件構(gòu)成的一種智能行走裝置(微型機器人)，電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動記憶和選擇路徑，采用相應(yīng)的算法，快速地達到所設(shè)定的目的地。國際電氣和電子工程學(xué)會(IEEE)每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競賽，自舉辦以來參加國踴躍，為此許多大學(xué)還開設(shè)了 “電腦鼠原理和制作”選修課程。真正的首場電腦鼠迷宮競賽于1979年在紐約舉行。1991年以來，每年都有世界級的比賽。
[0003]電腦鼠機器人在迷宮中如圖4所示，圖中的黑點表示一個電腦鼠機器人。依照比賽規(guī)則，當(dāng)電腦鼠機器人放入起點，按下啟動鍵之后，它就必須自行決定搜尋法則并且在迷宮中前進、轉(zhuǎn)彎、記憶迷宮墻壁資料、計算最短路徑、搜尋終點。電腦鼠機器人搜索到迷宮終點后，根據(jù)迷宮比賽規(guī)則要求，所有電腦鼠機器人返回起點后，根據(jù)之前電腦鼠機器人搜尋迷宮的情況，計算和分析出一條最優(yōu)最短的從起點直達終點最快的路徑。之后電腦鼠機器人完成從迷宮起點到終點的最快沖刺，完成迷宮比賽任務(wù)，用時最短的即獲得比賽的勝利。
[0004]現(xiàn)有迷宮搜索比賽中通常是采用一臺電腦鼠機器人對迷宮進行搜索，再由電腦鼠機器人的處理器計算分析出最優(yōu)路徑，之后完成迷宮沖刺比賽，這種現(xiàn)有技術(shù)由于電腦鼠機器人在搜索迷宮過程中，沒有大量的歷史數(shù)據(jù)做參考，只能靠一臺電腦鼠機器人對迷宮進行搜索，存在搜索速度慢的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于無線傳感網(wǎng)和云計算的電腦鼠機器人控制系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確的完成迷宮搜索。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是:一種基于無線傳感網(wǎng)和云計算的電腦鼠機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)、云終端計算機及云計算中心，電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)通過路由器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、RS232串口與云終端計算機連接，云終端計算機通過互聯(lián)網(wǎng)與云計算中心連接，電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)由至少兩臺電腦鼠機器人組建形成，云計算中心包括依次連接的防火墻、核心交換機、服務(wù)器、光纖交換機及存儲陣列，云終端計算機通過互聯(lián)網(wǎng)與云計算中心的防火墻連接。
[0007]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:每一臺電腦鼠機器人包括電池、電源管理電路、控制器、陀螺儀、紅外發(fā)射驅(qū)動電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、液晶顯示電路、蜂鳴器、電機驅(qū)動電路、空心杯電機、編碼器、ZigbeeCC2530模塊，電源管理電路包括TPS76033電路、TPS77333電路、TPS5430電路，TPS76033電路與陀螺儀連接，TPS77333電路與控制器連接，TPS5430電路與紅外發(fā)射驅(qū)動電路連接，陀螺儀、液晶顯示電路、蜂鳴器、ZigbeeCC2530模塊分別與控制器連接，紅外發(fā)射驅(qū)動電路的輸入端與控制器連接，紅外發(fā)射驅(qū)動電路的輸出端與紅外發(fā)射電路的輸入端連接，紅外發(fā)射電路的輸出端與紅外接收電路的輸入端連接，紅外接收電路的輸出端與控制器連接，電機驅(qū)動電路的輸入端與控制器連接，電機驅(qū)動電路的輸出端與空心杯電機的輸入端連接，空心杯電機的輸出端與編碼器的輸入端連接，編碼器的輸出端與控制器連接。
[0008]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:每一臺電腦鼠機器人還包括分別與控制器連接的串口、下載口、擴展1 口，ZigbeeCC2530模塊通過R232串口與控制器連接。
[0009]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:所述服務(wù)器包括GPU服務(wù)器、E9000虛擬化刀片服務(wù)器、IBM3850/3650服務(wù)器，所述控制器是STM32F103R8T6控制器。
[0010]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:控制電腦鼠機器人的過程包括以下步驟:(一)確定共同完成任務(wù)的電腦鼠機器人的數(shù)量，從云計算中心獲取最優(yōu)化狀態(tài)數(shù)據(jù)；(二)獲取電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)共同完成任務(wù)的每臺電腦鼠機器人探測迷宮主要負(fù)責(zé)區(qū)域數(shù)據(jù)；(三)同時啟功電機驅(qū)動模式和紅外線檢測模式，后啟功中斷模式；(四)啟功姿態(tài)檢測修正模式，后檢測姿態(tài)是否正確，是直接進入下一步，否修正姿態(tài)，再檢測姿態(tài)是否正確；(五)是否等待觸發(fā)搜索前進，是進入下一步，否則繼續(xù)等待觸發(fā)搜索前進；(六)進入迷宮探測子程序；
(七)判斷是否探測到迷宮終點，是進入下一步，否則繼續(xù)探測到迷宮終點；(八)返回起點子程序，判斷是否回到起點，是進入下一步，否則繼續(xù)判斷是否回到起點；(九)把迷宮探測的路徑數(shù)據(jù)上傳至云計算中心進行大數(shù)據(jù)分析，由云計算中心運算獲得最優(yōu)化路徑數(shù)據(jù)，并將最優(yōu)化路徑數(shù)據(jù)返回至電腦鼠機器人的控制器進行控制；(十)進入沖刺子程序，判斷是否沖刺到終點，是進入下一步，否則繼續(xù)判斷是否沖刺到終點；(十一)將本次流程的所有運行數(shù)據(jù)上傳云計算中心，豐富大數(shù)據(jù)分析所需的控制專家?guī)煨畔ⅰ?br>[0011]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:在步驟(三)中，控制器控制電機驅(qū)動電路驅(qū)動空心杯電機工作，編碼器將空心杯電機的運動參數(shù)傳輸給控制器，控制器控制紅外發(fā)射驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)射電路工作，紅外接收電路接收紅外發(fā)射電路發(fā)出的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器。
[0012]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:在步驟(六)進入迷宮探測子程序、步驟(八)返回起點子程序、步驟(十)進入沖刺子程序時，分別進入中斷模式，紅外檢測讀取傳感器的值以及路口檢測、行走控制、路程控制等子程序，同時獲取電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它電腦鼠機器人探測數(shù)據(jù)，之后電腦鼠機器人的控制器同時進行行走控制、路口檢測、路程控制。
[0013]本發(fā)明基于無線傳感網(wǎng)和云計算的電腦鼠機器人控制系統(tǒng)具有如下有益效果:
1、通過電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)，電腦鼠機器人之間使用無線傳感網(wǎng)絡(luò)進行信息數(shù)據(jù)傳輸，分配每個電腦鼠機器人的主要負(fù)責(zé)區(qū)域并隨時共享位置信息，優(yōu)化電腦鼠機器人的迷宮搜尋算法，實現(xiàn)兩臺以上電腦鼠機器人在同一個迷宮以最快的速度互不干擾的完成迷宮的搜尋和最短運動路徑的計算；
2、通過電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化電腦鼠機器人的無線模塊Zigbee的軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)兩臺及以上電腦鼠機器人的正常運行以及運動狀態(tài)實時穩(wěn)定的相互傳輸，電腦鼠機器人直線行走最高設(shè)計速度為5m/s，行走速度快；
3、通過網(wǎng)絡(luò)，利用云計算中心平臺強大的計算存儲和資源優(yōu)化配置能力，通過互聯(lián)網(wǎng)連接的云終端計算機獲取不同地域、不同時段、不同任務(wù)的電腦鼠機器人的各項迷宮探測搜尋任務(wù)數(shù)據(jù)，電腦鼠機器人運行狀態(tài)數(shù)據(jù)實時通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)回傳到云終端計算機的人機監(jiān)控界面，電腦鼠機器人運行狀態(tài)數(shù)據(jù)實時通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)和云終端，上傳到云計算中心平臺進行大數(shù)據(jù)分析，集成各種智能算法實現(xiàn)電腦鼠機器人的控制策略優(yōu)化和控制參數(shù)優(yōu)化；
4、由多個高校組成研究小組，各高校的電腦鼠機器人同時通過互聯(lián)網(wǎng)接入云計算中心，各個電腦鼠機器人的測試和競賽數(shù)據(jù)隨時上傳至云計算中心；由云計算中心通過各種智能算法，對電腦鼠機器人進行大數(shù)據(jù)分析，不斷優(yōu)化控制策略和考試參數(shù)，形成云計算架構(gòu)的控制專家?guī)欤瑑?yōu)化后的數(shù)據(jù)再返回給電腦鼠機器人進行現(xiàn)場操作及測試。
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明基于無線傳感網(wǎng)和云計算的電腦鼠機器人控制系統(tǒng)作進一步的說明。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明基于無線傳感網(wǎng)和云計算的電腦鼠機器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是單臺電腦鼠機器人的結(jié)構(gòu)框圖；
圖3是采用本發(fā)明基于無線傳感網(wǎng)和云計算的電腦鼠機器人控制系統(tǒng)控制電腦鼠機器人搜尋迷宮的流程圖；
圖4是電腦鼠機器人在迷宮中的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本發(fā)明一種基于無線傳感網(wǎng)和云計算的電腦鼠機器人控制系統(tǒng)，包括電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)、云終端計算機及云計算中心，電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)通過路由器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、RS232串口與云終端計算機連接，云終端計算機通過互聯(lián)網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)包括內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng))與云計算中心連接，電腦鼠無線傳感網(wǎng)絡(luò)由至少兩臺電腦鼠機器人組建形成，在本實施例中設(shè)置了三臺電腦鼠機器人，電腦鼠機器人的數(shù)量可根據(jù)迷宮的大小而定。云計算中心包括依次連接的防火墻、核心交換機、服務(wù)器、光纖交換機及存儲陣列，云終端計算機通過互聯(lián)網(wǎng)與云計算中心的防火墻連接。
[0017]如圖2所示，每一臺電腦鼠機器人包括電池、電源管理電路、控制器、陀螺儀、紅外發(fā)射驅(qū)動電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、液晶顯示電路、蜂鳴器、電機驅(qū)動電路、空心杯電機、編碼器、ZigbeeCC2530模塊。控制器是STM32F103R8T6控制器。陀螺儀是LY3200ALH陀螺儀。液晶顯示電路是液晶12864顯示電路。電源管理電路包括TPS76033電路、TPS77333電路、TPS5430電路，TPS76033電路與陀螺儀連接，TPS77333電路與控制器連接，TPS5430電路與紅外發(fā)射驅(qū)動電路連接，陀螺儀、液晶顯示電路、蜂鳴器、ZigbeeCC2530模塊分別與控制器連接，紅外發(fā)射驅(qū)動電路的輸入端與控制器連接，紅外發(fā)射驅(qū)動電路的輸出端與紅外發(fā)射電路的輸入端連接，紅外發(fā)射電路即傳感器，紅外發(fā)射電路的輸出端與紅外接收電路的輸入端連接，紅外接收電路的輸出端與控制器連接，電機驅(qū)動電路的輸入端與控制器連接，電機驅(qū)動電路的輸出端與空心杯電機的輸入端連接，空心杯電機的輸出端與編碼器的輸入端連接，編碼器的輸出端與控制器連接。每一臺電腦鼠機器人還包括分別與控制器連接的串口、下載口、擴展1 口，ZigbeeCC2530模塊通過R232串口與控制器連接。所述服務(wù)器包括GPU服務(wù)器、E9000虛擬化刀片服務(wù)器、IBM3850/3650服務(wù)器，所述控制器是STM32F103R8T6 控制器。
[0018]電腦鼠機器人