基于无线传感器网络的机器人路径跟踪的研究

论文摘要

无线传感器网络是一种远程地面传感系统,它是由固定节点（也称为信标节点）和机器人上的移动节点构成,每个节点都装有超声传感器和射频模块,这些节点通过无线通信方式形成一个网络系统,利用传感器采集所需要的信息,进行处理之后再发给上位机。移动机器人的路径跟踪是指机器人对行进路径的选择,在本文中所使用的路径跟踪方法是通过将室内无线传感器网络和基于路标的路径跟踪结合起来实现的,利用无线传感器网络的资源为机器人路径跟踪提供支持。而路径跟踪的控制系统使用的是PID算法,所要控制的量是步进电机的转角和转速,以此来控制机器人的行进速度和方向。本文作者所做的主要工作包括：（1）通过对国内外无线传感器网络技术以及移动机器人路径跟踪方法的调研和分析,提出了基于无线传感器网络的机器人路径跟踪的方案,使用基于路标的路径跟踪方法,将无线传感器网络中的若干信标节点作为路标。（2）设计了一个基于52单片机,超声波收发模块和射频模块的室内无线传感器网络平台。（3）提出了机器人路径跟踪的方法,提出了数据在机器人（也可称为移动节点）和信标节点之间进行无线通信的协议,并且设计了以Atmega16为核心的路径跟踪控制系统。（4）在本文中使用两相步进电机控制的两后轮驱动的机器人,前面一个轮子起平衡作用,实现了基于增量型PID公式和行进角度校正的的路径跟踪控制方法。（5）通过对各种步进电机及其细分驱动的调研,对28BYJ-48步进电机进行了测试,设计了28BYJ-48步进电机的细分驱动电路,实际制作了电路板,并对实验过程中的现象进行了分析。（6）通过路径跟踪仿真实验,验证了路径跟踪方法的有效性,并对误差进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图清单
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景以及意义
• 1.2 对国内外研究情况的调研
• 1.3 课题主要的研究内容
• 第二章 结合无线传感器网络技术的路径跟踪
• 2.1 无线传感器网络
• 2.1.1 无线传感器网络的概念及发展
• 2.1.2 无线传感器网络的特点和结构
• 2.1.3 无线传感器网络的关键技术
• 2.1.4 室内无线传感器网络的设计
• 2.2 路径跟踪
• 2.2.1 路径跟踪的概述
• 2.2.2 路径跟踪的方法
• 2.2.3 路径跟踪的控制器
• 2.2.4 PID控制所需的硬件
• 2.3 步进电机细分驱动
• 2.3.1 步进电机介绍
• 2.3.2 步进电机的驱动
• 2.3.3 步进电机细分驱动
• 2.3.4 细分驱动硬件设计和软件流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 硬件结构
• 3.1 总体设计思想
• 3.2 控制模块
• 3.2.1 Atmega48单片机的特性简介
• 3.2.2 Atmega48单片机的引脚配置
• 3.2.3 Atmega48单片机的外围电路
• 3.3 超声波模块
• 3.3.1 超声波的简介
• 3.3.2 超声波的物理性能、特点和效应
• 3.3.3 超声波传感器
• 3.3.4 超声波收发模块
• 3.4 射频模块
• 3.5 温度传感模块
• 3.6 本章小结
• 第四章 实验结果及其分析
• 4.1 对28BYJ-48步进电机的测试
• 4.2 步进电机细分系统的调试
• 4.3 路径跟踪的实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢