关于排爆机器人手动控制信息采集系统的实现研究

赵远航 王彬

摘 要 排爆是一项极具危险性的工作，为了避免工作中出现不必要的人员伤亡，排爆机器人被引入了该项工作中。基于此，本文着眼于排爆机器人的功能和运行系统，先对排爆机器人的主要类别和实际用途进行了简要分析，而后论述了排爆机器人手动控制信息采集系统的硬件结构和PC机串口接收程序的设计方案，希望能为相关工作人员提供参考。

关键词 排爆机器人;手动控制;信息采集系统;系统设计

1排爆机器人概述

排爆机器人是一种用于排爆工作的专用器材，在复杂地形当中极为适用，属于科技含量较高的辅助型排爆工具。

（1）分类。目前，在排爆机器人分类环节，主要可基于两种标准而开展，其一是以操控方式分类;其二是以行进方式分类。若基于操控方式分类，则可将排爆机器人分为远程操控型排爆机器人和自动型排爆机器人两种。前者需要人为操控，操作人员能基于可视条件发布排爆指令，而机器人则需要对相应指令进行执行;后者的智能化水平更高，排爆机器人可根据磁盘程序来判断危险品并自动完成险情排除。从成本上来看，自动型排爆机器人的成本远高于远程操控型排爆机器人。若依照行进方式划分，可将排爆机器人分为轮式和履带式两种。大多数排爆机器人都有着转向灵活、体积小且适应性高的特点，能在复杂多变的地形中顺利完成排爆工作。

（2）用途。从排爆机器人的名字上就可看出其功能，它可代替排爆人员转移和销毁危险品、可代替安检人员完成实地勘察、可配备散弹攻击犯罪分子，还能配备探测器材排查危险场所和物品。不过，在实践中排爆机器人还具备其他功能。比如，监视功能，排爆机器人可被应用在犯罪活动监听和监察工作中，可以实时监视犯罪分子活动。

2排爆机器人手动控制信息采集系统的设计与实现

A/D转换是基于转换器来完成模拟信号与数字信号之间的转换的操作，在微机测控系统中十分常见，可通过采集现场模拟量来为微机控制使用提供便利。在此环节，基于危机扩展一到多块PCIA/D采集卡的方法最为常见。不过，若应用场景内的模拟量少、温度压力存在缓变或成本要求低，则此方法并不适用。为此，本文对适用于成本要求低且采样频率不高场合的信息采集系统进行了设计，使其能为排爆机器人手动控制信息采集提供保障。

（1）硬件结构设计。在排爆机器人手动控制信息采集系统设计环节，主要应用到的硬件结构主要有三种，其一是PC机;其二是手动信息采集板;其三是外围传感设备[1]。在系统结构设计当中，这三个模块将实现顺序连接。排爆机器人手动控制信息采集系统的PC机应基于RS232通信与手动信息采集板相连，后者可对外围传感设备的模拟量信息进行直接采集。同时，在系统设计环节还将应用到MAX232芯片，它是手动信息采集板的串行芯片。在实际作业环节，手动信息采集板应该由多种元件组合而成。比如，基于串行通信芯片、处理器和多路开关，共同组建手动信息采集板。在本次系统设计中，以AT89C51单片机为手动信息采集板的处理器、以12位AD574A并行A/D芯片作为A/D芯片、以CD4051芯片为多路开关。此外，在排爆机器人手动控制信息采集系统设计环节，单片机与A/D芯片将对外围设备的模拟量进行采集，并将其转化为数字信号，为与PC机实现交流提供保障。

（2）PC机串口接收程序设计。在设计排爆机器人手动控制信息采集系统的PC机串口接收程序时，相关工作人员应该将设备的COMI串行口与手动控制信息采集板的串行口相连。在实际运行环节，PC机应基于多任务与进程的集成化模式作业，而串口接收程序也应该成为控制系统当中的子进程。因此，当这一程序启动时，可接收采样数据，并向多任务调度系统发送信息，从而让该系统发挥统一调度功能，对所有任务进行调度。在程序设计环节，应涵盖以下步骤：

①设置串口参数。排爆机器人手动控制信息采集系统设计人员，应该对PC机串口的各项参数进行妥善设置，以便于保证串口接收程序运行有效。比如，将串口波特率设计为9600bps，将串口字长设定为8，将串口停止位设定为1，将串口校验位设定为N。这一操作是通信程序设计的初步阶段，在此环节设计人员应保证采集板和PC机的串口参数设置情况具有一致性。在实际作业环节，保证二者串口参数设置的一致性，是实现二者通信的前提，而这一操作也是通信程序设计的首要环节。②合理设置中断允许寄存器。系统设计人员应该着眼于PC机当中的8250UART芯片，并对芯片的中断允许寄存的参数进行合理设置，进而保障该设备的应用可靠性。在实践中，中断允许寄存器的主要作用是保证PC端的串行口的数据接收可以被中断。在这一环节，必须让中断允许寄存器有效运行，使其能在接收到相应数据后进入指定中断程序。③串口中断屏蔽位。对于中断控制器8259A而言，其内部的中断屏蔽寄存器地址是21H，其拥有的8個位与IRQ0-IRQ7相对应。当相应的位被设定为1时屏蔽器中断，若回归0位则打开中断。基于这种方式完成通信时，应保证中断屏蔽寄存器的串口中断屏蔽未被打开。也就是说，在实践中让21H口地址的第3或4位归0。④设置MODEM控制寄存器。在此环节，设计人员应该对MODEM控制寄存器的第3位进行合理设置，使其保持在1的状态，为CPU相应所有UART中断允许器批准的通信中断奠定基础。⑤安装中断程序。在安装中断程序之前，应做好中断向量的设置工作。在此环节，PC机开机后，BIOS将自动设置中断向量。在此环节，基于通信可以将中断向量指向自己编写的中断服务程序。⑥复位与恢复工作。在实践中，应先对8250的接收中断进行恢复，也就是基于读取接收数据寄存器复位接收中断。同时，在程序结束后，还要对原向量进行恢复，并退出中断程序。在此环节，中断接收发送程序与接收程序的机构差异性并不大，但二者在中断向量放置方面存在明显差异，所以中断程序的指令不同。此时，用于发送指令的是上位机，而用于接收指令的是下位机。

3结束语

总而言之，为确保排爆机器人手动控制系统运行有效，必须合理设计手动控制信息采集系统。在实践中，不仅要明确排爆机器人手动信息采集系统的硬件结构和硬件性能标准，更应该合理设计PC机的串口接收程序，为提高系统的信息采集能力和效率奠定基础。

参考文献

[1] 李伟.排爆机器人的机械臂控制平台设计与开发[D].上海：上海应用技术大学，2018.