便攜式移動機器人手持監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

　?、?單片機串口通訊程序。單片機串口通訊程序設(shè)計必須根據(jù)通訊雙方約定設(shè)置串口工作方式及串口通訊波特率。

　?、?串口通訊協(xié)議。串口數(shù)據(jù)包括：雙向通訊測試數(shù)據(jù)、下行指令數(shù)據(jù)、上行傳感數(shù)據(jù)，而傳感數(shù)據(jù)又劃分為：速度、加速度、位置、傾角等狀態(tài)信息。為了在串口通訊中正確分離和識別各種數(shù)據(jù)，通過對各種數(shù)據(jù)添加相應(yīng)標(biāo)志字節(jié)的方法編制串口通訊協(xié)議。

　　（3） 視頻處理模塊

　　視頻處理模塊通過在EVC 下調(diào)用嵌進(jìn)式圖像采集卡驅(qū)動函數(shù)實現(xiàn)視頻顯示與視頻控制功能。視頻顯示作為監(jiān)控系統(tǒng)子窗口嵌進(jìn)到軟件系統(tǒng)用戶界面。視頻顯示主要實現(xiàn)便攜式移動機器人平臺所處環(huán)境信息的實時視頻顯示與更新。視頻控制主要實現(xiàn)對視頻采集過程的控制，其中包括：視頻采集窗口尺寸設(shè)置、視頻源制式設(shè)置、視頻數(shù)據(jù)格式選擇及視頻數(shù)據(jù)存儲等。

　　WinCE不支持任何視頻加速驅(qū)動程序和底層函數(shù)，所以無法直接調(diào)用DirectX 函數(shù)，則WinCE設(shè)備上動態(tài)視頻的顯示與回放，必須開發(fā)新的設(shè)備無關(guān)位圖（DIB）快速顯示函數(shù)。采用從DGdiObject類派生的方法，使用CreateDIBSection函數(shù)創(chuàng)建DIB位圖，可以直接使用圖形設(shè)備接口（GDI）函數(shù)來操縱DIB 位圖，以有效進(jìn)步位圖顯示速度。

　?。?） 數(shù)字輿圖模塊

　　數(shù)字輿圖是地理信息系統(tǒng)（GIS）中的概念。數(shù)字輿圖模塊實現(xiàn)便攜式移動機器人平臺所處地理環(huán)境信息的數(shù)字化顯示，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對數(shù)字輿圖放大、縮小、周游、查找等交互操縱功能。

　　數(shù)字輿圖模塊通過在EVC下嵌進(jìn)MapXMobile組件實現(xiàn)，并終極作為監(jiān)控系統(tǒng)子窗口集成到軟件系統(tǒng)用戶界面。MapX Mobile是基于對象鏈接嵌進(jìn)（OLE）技術(shù)的ActiveX控件，在EVC下設(shè)置該控件的屬性、方法及響應(yīng)事件即可實現(xiàn)輿圖顯示與操縱功能。

　　應(yīng)用程序通過MapX Mobile組件實現(xiàn)輿圖顯示與操縱，同時治理輿圖數(shù)據(jù)文件。并可以單獨在嵌進(jìn)式設(shè)備上運行，也能和WinCE操縱系統(tǒng)兼容。MapX Mobile答應(yīng)用戶把輿圖數(shù)據(jù)帶到自身所在的任何位置，實現(xiàn)了移動的GIS組件。

　?。?） 路徑規(guī)劃模塊

　　路徑規(guī)劃模塊實現(xiàn)基于數(shù)字輿圖的點到點全局路徑規(guī)劃功能。該模塊是在數(shù)字輿圖模塊查找交互操縱功能的基礎(chǔ)上運用迪杰斯特拉（Dijkstra）算法實現(xiàn)最優(yōu)路徑搜索。操縱者在數(shù)字輿圖上選取起始點和目標(biāo)點，程序通過Dijkstra算法搜索得出兩點之間可以通行的最優(yōu)路徑，并在數(shù)字輿圖上標(biāo)識該最優(yōu)路徑。

　　Dijkstra 算法是解決最短路徑題目的理論基礎(chǔ)。該算法適合于計算帶權(quán)有向圖中兩節(jié)點之間的最短路徑。將數(shù)字輿圖上的道路和地點抽象為有向圖的邊與節(jié)點，道路的長度作為有向圖邊的權(quán)值，從而實現(xiàn)數(shù)字輿圖到帶權(quán)有向圖的抽象（見圖4）。　

　　Dijkstra 算法步驟：

　　Step1：設(shè)集合S存放已求出最短路徑的終節(jié)點，初始狀態(tài)時，S集合只有源節(jié)點v0，即S＝｛v0｝。

　　Step2：令k＝1，對于節(jié)點vk，計算v0到vk的間隔

　　代價函數(shù)：

　　Length（k）是v0和vk之間可達(dá)連接權(quán)值之和，假如v0和vk之間不可達(dá)，則間隔代價函數(shù)值無窮大。

　　Step3：取dist［k］值最小的節(jié)點序列保存在path［k］中，并添加vk到集合S中，即S＝｛v0，vk｝。且令k＝k+1。

　　Step4：若vk即為目標(biāo)節(jié)點，則算法結(jié)束；否則，跳轉(zhuǎn)至Step2。

　　則path［k］中即為源節(jié)點與目標(biāo)節(jié)之間的最短路徑序列，最小dist［k］值即為源節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點之間的最短路徑間隔。

　　設(shè)計實例

　　該手持監(jiān)控系統(tǒng)已應(yīng)用到履帶結(jié)構(gòu)便攜式移動機器人實驗平臺。在室外實驗場地測試取得較好的效果，測試過程中軟件系統(tǒng)用戶界面如圖5。用戶界面分為三部分：機器人自身狀態(tài)信息顯示、視頻圖像數(shù)據(jù)顯示、數(shù)字輿圖顯示。

　　結(jié)論

　　便攜式移動機器人手持監(jiān)控系統(tǒng)在履帶結(jié)構(gòu)便攜式移動機器人實驗平臺上通過測試。嵌進(jìn)式硬件結(jié)構(gòu)和嵌進(jìn)式操縱系統(tǒng)的引進(jìn)符合移動智能終端設(shè)備體積小、重量輕、實時性強、可靠性高的設(shè)計要求。

　　隨著高技術(shù)武器裝備研究的發(fā)展，便攜式移動機器人將越來越多地應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。手持監(jiān)控系統(tǒng)作為便攜式移動機器人的子系統(tǒng)，逐步成為軍用機器人研究領(lǐng)域的重要課題之一。