无线控制器
无线控制器范文第1篇
关键词：MSP430微控制器；无线控制；微型机器人；串行通讯
中图分类号：TP368.1 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2008)02-081-03
Wireless Control System of Micro Robot Based on MSP430F22x4
ZHU Shengqing,ZHANG Hua,LI Zhigang
(Robot & Welding Automation Key Laboratory,Nanchang University,Nanchang,330031,China)オ
Abstract：A micro robot wireless control system is introduced in the paper which is based on mixed signal micro controller MSP430F2234.The control system consists of PC workstations,MSP430F2234 micro controller,nRF24L01 wireless transceiver circuits and micro-stepper motor drive circuit.The hardware circuit and software of wireless control system has been completely designed.The stability,veracity and speediness of the wireless control system on micro robot are very good.
Keywords：MSP430 micro controller;wireless control;micro robot;serial communicationオ
20世纪80年代以色列基文影像公司开发出来胃肠道内窥镜胶囊(M2A)，胃肠道的诊疗实现了“微创无创”。2001年以来，重庆金山科技(集团)有限公司在国家“863计划”、国际合作计划和国家科技攻关计划的资助下，在重庆市委市政府领导的关心支持下，成功地研制出智能胶囊消化道内窥镜(OMOM)系统，技术达到国际领先水平。胶囊内窥镜完成胃肠道影像检查；克服了传统的推进式内窥镜体积大，检测过程痛苦，不适用于老年、纤弱和危险病人等缺陷；具有体积小、重量轻、检查方便、无创伤、无痛苦、无交叉感染、不影响受检者正常工作等优点。目前，胶囊内窥镜系统主要由3个部分组成：摄像胶囊，数据记录仪和PC工作站。但是胶囊式内窥镜均利用消化道自然蠕动来遍历整个检查区域，最终随排泄物排出，整个过程缓慢而不可控。为实现胶囊式内窥镜的在人体消化道的运动控制，必须在现有基础上加入安全有效的驱动并设计无线控制系统。
1 微型机器人驱动和无线控制系统原理
1.1 微型机器人驱动原理
理论分析表明，当带有螺旋槽的圆柱体在有粘液的人体内腔中运转时，将迫使粘液产生轴向运动，从而产生反作用力将推动微型机器人沿轴向前进。另外，当微型机器人在充满粘液的人体内腔中运转时会产生动压效应，并建立一层动压粘液膜，使机器人处于悬浮状态不与内腔壁发生直接接触，避免对人体有机组织的损伤，减轻对患者的不适和痛苦。
如图1所示是微型机器人的驱动机构示意图。他由带有矩形螺旋槽的外壳体和内壳体构成，其中内壳体内部装载微型步进电机、摄像头、纽扣电池、LED驱动模块、无线收发模块和MSP430F22x4单片机控制电路板等，而外壳体安装在步进电机的转动轴上。微型机器人外壳体直径24 mm,总长度为35 mm。螺旋设计成矩形螺纹，螺纹线数为6，螺纹升角为45°，螺旋槽深为0.5 mm。螺旋槽槽面宽度与螺旋槽槽底宽度加槽面宽度之比为0.1。内壳体直径为20 mm［3］。
1.2 无线控制系统原理
微型机器人无线控制系统原理框图如图2所示，微型机器人无线控制系统分为2个部分：控制命令无线发射部分和微型机器人控制部分。控制命令无线发射部分是通过PC工作站串口发送机器人的控制指令(方向，加速减速等命令)。微型机器人控制部分通过接收控制命令改变步进电机的通电脉冲逻辑和频率，实现微型机器人的运动控制。
2 微型机器人无线控制系统硬件设计
2.1 MSP430F2234和nRF24L01芯片简介
TI公司MSP430F2234是一种超低功耗混合信号微控制器，片内具有16位定时器，通用串行通讯接口、10位A/D转换器和通用运放。32个I/O端口；灵活的时钟源可以使器件达到最低的功率消耗；数字控制的振荡器(DCO)可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于1 μs的时间内激活到活跃的工作方式；由于MSP430F2234采用了JTAG技术，FLASH在线编程技术等，开发时不需要仿真器和编程器。
Nordic公司的nRF24L01是一个集成接收、发射器的芯片，工作频率范围为全球开放的2.4~2.5 GHz频段。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制解调器等模块。芯片能耗非常低，以-6 dBm的功率发射时，工作电流只有9.0 mA,接收时工作电流只有12.3 mA。nRF24L01有4种工作模式：接收模式、发射模式、空闲模式和关机模式。nRF24L01有2种信息包处理方法ShockBurstTM和增强型 ShockBurstTM。其中增强型ShockBurstTM 使得双向链接协议执行容易，更高效。nRF24L01使用增强型ShockBurstTM处理接收包应答和重发丢失包不需要微控制器的参与。nRF24L01配置十分简单，所有的配置都是通过SPI定义配置寄存器值实现。本文设计无线收发模块信息包描述如图3所示：
2.2 无线控制命令发射部分硬件设计
无线控制命令发射部分主要是利用MSP430F2234单片机的通用串行通信模块与PC机工作站的串口通信发送控制命令。单片机需要经过电平转换电路再和串口连接。硬件电路设计如图4所示，本设计采用232芯片，完成3~5 V电平的双向转换。
2.3 微型机器人控制电路硬件设计
微型机器人控制电路硬件主要包括无线接收模块、单片机控制器和步进电机驱动模块等，电路如图5所示。由于步进电机运转的方向和通电脉冲的逻辑有关，若正逻辑时电机正转，则负逻辑时电机便反转。并且步进电机的转速和通电脉冲的频率成正比。微型机器人控制电路主要的功能就是根据接收到的控制命令控制步进电机的通电脉冲逻辑和频率。实现前进、后退、加速、减速等运动控制。
3 微型机器人无线控制系统软件设计
微型机器人无线控制系统软件设计主要有无线控制命令发射部分和微型机器人控制2个部分。无线控制命令发射部分为PC工作站和MSP430F22x4单片机串口通讯，并通过无线发射模块发送控制命令软件设计。微型机器人控制部分为无线收发模块接收控制命令并通过单片机对微型步进电机控制软件设计。系统采用模块化编程的方案，既有利于编程，又有利于软件功能扩展。
3.1 无线控制命令发射部分软件设计
上位机的功能主要通过PC机工作站串口发送控制命令经过单片机由无线发射电路把控制命令发送出来。PC上软件设计利用VC++ 6.0中串口MSCOMM控件设计，单片机通过串口中断和PC机通讯，而后把控制命令传送到无线发送模块。单片机与PC串口通讯中断程序流程如图6所示，单片机接收串口信息并通过无线发射模块发送控制命令的主程序如图7所示。オお
3.2 微型机器人控制软件设计
微型机器人控制软件功能很简单，主要是通过外中断服务程序接收无线控制信号，并通过定时器(Timer-A)中断控制微型步进电机驱动电路，实现微型机器人的前进、后退、加速、减速等工作状态。Timer-A工作在增计数模式，捕获/比较寄存器CCR0定义定时器的计数周期。微型机器人下位机控制主程序流程图如图8所示，定时器中断服务程序流程图如图9所示。
4 实验与结论
实验结果表明无线微型机器人控制系统具有很好的稳定性，快速性和准确性。本文提出了基于MSP430F2234 微型机器人无线控制系统，成功地实现了PC机工作站无线控制微型机器人加速、减速、前进和后退运行。
参 考 文 献
［1］王坤东,颜国正.仿蚯蚓蠕动微机器人牵引力与运动控制［J］.机器人,2006,28(1):19-24.
［2］魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例［M］.北京:北京航空航天大学出版社,2002.
［3］于克龙,梁亮,穆晓枫,等.不同螺纹下微型机器人的无损伤驱动方法［J］.机械设计,2004,21(5):13-15.
［4］Park H J,Park I Y,Lee J W,et al.Design of Miniaturized Telemetry Module for Bi-directional Wireless Endoscopes[J].IEICE Trans.Fund put.Sci.,2003,E85-A(6).
无线控制器范文第2篇
关键词：微控制器点对点协议GPRS互联网
引言
微控制器以其体积小、功耗低、使用方便等特点，广泛应用于各种工业、民用的嵌入式系统中；而随着互联网（Internet）的兴起与普及，使微控制器通过互联网传送数据就变得非常有意义。目前使微控制器上网的解决方案一般有两种：一种是采用微控制器驱动网卡，通过以太网连接Internet；另一种是使微控制器直接驱动调制解调器（MODEM）通过电话线向ISP拨号上网。这两种方案的缺点在于都要使用有线的网络，无法应用于在边远地区或可移动系统中。
针对这一问题，本文提出一种基于GPRS的微控制器上网的解决方案，即在微控制器中实现PPP协议，并通过驱动GPRS模块经过GPRS无线网连接到Internet实现上网。这种方案的优点在于：①覆盖面广，适用于广大偏远地区；②无线上网，适用于可移动目标；③使用廉价的微控制器实现简单、成本低；④安装简便，维护方便。
1GPRS技术及其特点
GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分组无线业务的简称，是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式。与原有的GSM比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势：通过多个GSM时隙的复用，支持的数据传输速率更高，理论峰值达115kb/s；不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源。这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用无线网络信道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输，很好地适应数据业务的突发性特点；GPRS计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费；与无线应用协议（WAP）技术不同，GPRS能够随时为用户提供透明的IP通道，可直接访问Internet中的所有站点和资源；采用信道复用技术，每一个GPRS用户都能够实现永远在线；另外，GPRS还能支持在进行数据传输的同时进行语音通话等等，而且相对于短消息等其它无线数据通信业务，GPRS的价格优势比较明显。目前，我国移动推出的GPRS上网业务最高每千字节也只有3分钱，而且用户可以根据自己的需要，以月租、包月等多种形式进一步降低GPRS通信的费用。
因此使用GPRS实现远程数据的传送是非常经济实用的，特别是对于不易架设有线网络的边远地区和可移动装置。
2硬件连接和GPRS模块设置
通过GPRS网进行数据传输一般需要使用GPRS模块。目前，GPRS模块一般是指带有GPRS功能的GSM模块，可以利用GPRS网进行数据通信。其中比较流行的有法国Wave公司的WISMO系列和西门子公司的S系列等等。WAVECOM的WISMO模块接口简单、使用方便且功能非常强大，它与微控制器、SIM卡、电源之间的连接如图1所示。
其中GPRS模块与微控制器间是通过串行口进行通信的，通信速率最快可以达到115200b/s。模块与控制器间的通信协议是AT命令集，其中大部分命令是符合协议“ATcommandsetforGSMMobileEquipment(ME)(GSM07.07version6.4.0Release1997)”的，但也有一些是Wavecom自己定义的AT命令。除了串口发送（TX）、串口接收（RX）之外，微控制器与GPRS模块之间还有一些硬件握手信号，如DTR、CTS、DCD等。为了简化微控制器的控制，硬件设计时没有使用全部的硬件握手信号，而只使用数据载波检测（DataCarrierDetect,DCD）和终端准备（DataTerminalReady,DTR）信号。DCD信号可以检测GPRS模块是处于数据传送状态还是处于AT命令传送状态。DTR信号用来通知GPRS模块传送工作已经结束。
硬件连接完成后，在进行GPRS上网操作之前，首先要对GPRS模块进行一定的设置。主要的设置工作有：①设置通信波特率，可以使用AT+IPR=38400命令，把波特率设为38400b/s或其它合适的波特率，默认的通信速度为9600b/s。②设置接入网关，通过AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET”命令设置GPRS接入网关为移动梦网。③设置移动终端的类别，通过AT+CGCLASS=“B”设置移动终端的类别为B类，即同时监控多种业务；但只能运行一种业务，即在同一时间只能使用GPRS上网，或者使用GSM的语音通信。④测试GPRS服务是否开通，使用AT+CGACT=1,1命令激活GPRS功能。如果返回OK，则GPRS连接成功；如果返回ERROR，则意味着GPRS失败。这时应检查一下SIM卡的GPRS业务是否已经开通，GPRS模块天线是否安装正确等问题。
图2软件层次结构
中国移动在GPRS与Internet网中间建立了许多相当于ISP的网关支持节点（GGSN），以连接GPRS网与外部的Internet网。GPRS模块可以通过拨“*99***1#”登录到GGSN上动态分配到Internet网的IP地址。其间GPRS模块与网关的通信要符合点对点协议（PointtoPointProtocol,PPP），其中身份验证时用户名、密码都为空。使用PPP协议登录上之后，就可以通过GGSN接上Internet了。
3软件整体结构
3.1软件层次结构
程序中的所有代码都是由C语言编写的，并采用分层的结构，从底到上分别为：串口驱动层、GPRS模块驱动层、PPP协议层、IP协议层、UDP协议层与应用层。上层函数的实现需要应用到底层函数，而底层函数的任务就是为上层函数提供服务，最终完成应用层任务——传送数据。各层的主要函数如图2所示。
3.2驱动程序编写
首先是串行口驱动层。它实现打开串口（OpenComm）、关闭串口（CloseComm）、读串口数据（ReadComm）、写串口数据（WriteComm）等函数。例如WriteComm函数向串口发送一个字节的数据，而transmit函数向串口发送一个字符串的数据：
voidWriteComm(charc){
ES=0;
SBUF=c;
while(TI==0);
TI=0;
ES=1;
}
voidtransmit(char*data){
Delay(250);
while(*data){
WriteComm(*data++);
}
}
然后，在这些串口函数的基础上编写GPRS模块的驱动函数。微控制器通过串行口控制GPRS模块，进行拨号、设置等操作。控制的方法是采用AT命令。在控制GPRS模块拨打移动梦网GGSN的登录号码“*99***1#”之后，GPRS模块就转入在线模式（On-Line）。此时微控制器向串行口发送的所有数据都透明地传送给了GGSN，同样GGSN的回答也传回单片机的串行口。当数据传送完成后，微控制器需要通知GPRS模块结束会话，并从在线模式转回普通的命令模式，这可以通过置高DTR线完成。同时，如果线路由于异常断开，CD线会回复到平常的低电平，所以处于在线模式下也要不断检测CD线是否处于高电平。根据这些操作，可以编写GPRS驱动函数：初始化GPRS模块函数(GPRSInit)、拨号函数(GPRSDial)、断开连接函数(GPRSHangup)、检测是否处于在线状态函数(GPRSOnline)。其中，GPRS的拨号和挂断代码如下：
BYTEGPRSDial(void){
signedchardelayCount=80;
transmit("ATV0");//要求返回数字表示的回答
if(!Waitfor("0",30)){//等待OK回答
return-1;
}
DTR_ON;
transmit("ATD*99***1#");//拨GGSN的号码
GPRSBuffFlush();//清空buffer
//等待回答
while((!GPRSBuffNotEmpty())&&(--delayCount>0)){
Delay(250);
}
if(delayCount){
returnGPRSGetch();//返回回答的数字
}
return-1;//没有返回，错误
}
voidGPRSHangup(void){
DTR_ON;//置高DTR
Delay(40);//保持一定时间
DTR_OFF;//完成连接的断开
}
这些底层的驱动函数将会使上层协议的编写很方便，更重要的是，它为我们提供了一个驱动抽象层。当底层硬件做出改动的时候，只需要对底层的驱动函数进行改动，而上层函数的代码不变。
4PPP协议的实现
由于移动梦网的GGSN与GPRS模块通信时遵循PPP协议，所以要在微控制器中也实现一部分PPP协议才能与之对话。GPRS模块在拨号后首先要与GPRS网关进行通信链路的协商，即协商点到点的各种链路参数配置。协商过程遵守LCP（LinkControlProtocol）、PAP（PasswordAuthenticationProtocol）和IPCP（InternetProtocolControlProtocol）等协议。其中LCP协议用于建立、构造、测试链路连接；PAP协议用于处理密码验证部分；IPCP协议用于设置网络协议环境，并分配IP地址。协商机制用有限状态机的模型来实现。一旦协商完成，链路已经创建，IP地址已经分配就可以按照协商的标准进行IP报文的传输了。根据应用的不同，IP报文中可以携带UDP报文，也可以是TCP或ICMP报文。本系统正是采用UDP报文传送数据信息的。数据传输完成之后，微控制器会向GGSN发送LCP的断开连接报文，以终止网络连接。
PPP协议的帧结构如图3（左）所示。微控制器的串口中断接收程序首先以包起始和结束符来判断是否有完整的PPP包，并对PPP包的内容进行校验，以确定数据包的完整性和正确性。然后，在主循环中进入PPP报文解析模块，解析过程如图3（右）所示。
5登录GGSN的过程
系统的一个难点是微控制器登陆GPRS网关（GGSN）并与网关通过LCP、PAP、IPCP协议进行协商的过程。LCP、PAP与IPCP协议的帧结构大同小异，最常用的为请求（REQ）、同意（ACK）和拒绝（NAK）三种帧。微控制器与GGSN各为一方进行协商，任何一方都可以发送REQ帧请求某方面的配制，另一方觉得配置不能接受会回应NAK帧，如果可以则回应ACK帧。为了节省资源，我们只处理这三种数据帧，其它链路问题都由微控制器在程序控制下自己重新拨号解决。
协商过程大致描述如下：在拨号成功连接后，GGSN首先会返回一个PAPREQ数据帧。我们发送一个空LCPREQ帧，以强迫进行协议协商阶段。随后，GGSN发送LCP设置帧，我们拒绝所有的设置并请求验证模式。GGSN选择CHAP或PAP方式验证，我们只接受PAP方式。然后，进行PAP验证用户名和密码过程，在GPRS中用户名与密码都为空，如果成功，GGSN会返回IPCP报文分配动态IP地址。此时，就完成了与GGSN的协商过程。协商过程的状态转换如图4所示。
协商完成后进入IP数据报通信阶段。此时，微控制器向GGSN发送的所有包含IP报文的PPP报文都会被传送给Internet网中相应的IP地址；而远端所有向微控制器IP地址发送的报文也都会经GPRS网传送到微控制器上，从而完成微控制器与远程主机通过互联网的数据传输。
注：PPP报文解析程序和协商过程程序见本刊网站。
无线控制器范文第3篇
Liang Zuanlei；Ma Weiwen
（Shenzhen Nanshan District People's Hospital，Shenzhen 518052，China）
摘要： 针对目前的输液泵体积庞大，安装使用不方便，不能全面推广的状况，拟研发体积小、控制精度高、信息反馈及时准确和适用于所有需要输液的患者的智能化输液器。智能化输液控制器可以避免输液过程中因时间误差导致的医疗失误，同时还可以大大减轻医护人员的工作强度，护士在护士站就可方便监控到每个输液站点的输液情况。输液器研制成功，能够提高医院的服务质量，同时可以产生巨大的社会效益。占领输液行业的制高点。
Abstract: Aiming at the status of the current infusion pumps, such as large volume, discommodious installation, can not fully be promoted, and so on, the paper proposes to develop the intelligent infusion with small size, high control precision, and accurate and timely feedback which can adapt to all patients who need infusion. Intelligent infusion controller can avoid the medical errors caused by time errors in the infusion process, but also can greatly reduce the intensity of the work of medical personnel, and the nurses can easily monitor the situation of infusion in the nursing station. If the Infusion is developed, it can improve the quality of hospital service, can produce huge social benefits, and can occupy the commanding heights of the infusion industry.
关键词： 无线 便携 智能 输液器
Key words: wireless；portable；intelligent；infusion controller
中图分类号：R2文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0306-01
1立题依据
医院输液治疗过程中有一长期困扰病人和医护人员的问题：
1.1 就普通门诊来讲，高节奏的现，工作生活一般很少有患者有条件一直有亲友陪伴，再有来诊病人本来体质就已经很虚弱,原本就。非常的疲劳，而输液往往要病人经常性的察看药液是否已经滴完。不能很好的休息恢复体力。实在累的不行，一不留神小睡一下又往往已经回血或者药液趋于耗尽，接下来当然的惊天地泣鬼神的嚎叫，往往输液休息大厅都是人声嘈杂呼来叫去的喧嚷。医护人员往往也很被动的疲于应付这样的常规性的突发事件。病人得不到良好的休息环境,而医护人员也得不到良好的工作氛围。
1.2 现有的临床重症患者和心血管疾病患者都必须采用输液泵进行输液监控。如癌症病人的化疗和病危病人的抢救治疗需要使药物以恒定的速度灌注，通过调节输入的速度和时间将化疗药物均匀持续地注入，这样既能达到化疗的最佳效果，又能最大限度地降低化疗药物的副作用。另外糖尿病人也需要以一定的速度给他们注射一定量的胰岛素。以往的做法基本上是一次注射较大剂量的胰岛素，这不仅造成巨大的浪费，而且药效作用时间也较短，需一种流量和流速能控的持续输送装置，来输送少量的药物并精确控制其输送速度和流量。还有老人、儿童和体质较弱者输送某些特殊药物，如、降压药硝普纳、三磷酸吡啶核苷酸等时，输液速度和用药量尤其需要认真精确控制，否则会产生严重的后果。但目前市面上的输液泵体积庞大笨重，安装使用不便，售价也非常的昂贵，不能够大面积的普及。
1.3 我们研究的智能输液器主要解决的问题是：实现护士工作站与输液点无线通讯连接。各输液点在输液过程中能够精确控制液体流量，当药液输入完毕时，控制电路立即推动控制机构自动截止输液，在中止输液的同时将信息反馈到护士工作站，护士工作站显示屏会有报警提示。智能输液器能够智能化自动化的减轻医务人员的工作量,减少突发事件，同时提高患者的舒适度，缓解患者的焦虑情绪，提升医疗服务的品质。
2研究内容
智能输液器将突破传统进行超前的研究。
2.1 传统智能输液泵的功能：①可精确测量和控制输液速度；② 可精确测定和控制输液量；③液流线性度好，不产生脉动；④能对气泡、空液、滴数不确、和输液管阻塞等异常情况进行报警，并自动切断输液通路。
2.2 无线便携智能输液控制器除了拥有传统的输液泵的功能，还具有以下特点：①小型化，产品可方便的附着在输液器上。②内置电池，提高使用的方便性，不需要连线。③无线通讯，可以讲输液器的状态连续的汇报给护士站的服务器。
3系统结构和技术路线
3.1 智能医用输液泵系统主要由微机系统、泵装置、检测装置、报警装置和输入及显示装置组成。微机系统是整个系统的“大脑”，对整个系统进行智能控制和管理，并对检测信号进行处理，一般采用单片机系统。泵装置是整个系统的“心脏”，是输送液体的动力源。检测装置主要是各种传感器，如红外滴数传感器负责对液体流速和流量的检测)、压力传感器（负责堵塞及漏液的检测）和超声波传感器（负责对气泡的检测）等，它们可感应相应的信号，这些信号经过放大处理后，送入微机系统进行信号处理，并得出控制指令，然后进行相应的控制操作。报警装置传感器感应到的信号经微机处理后，得出报警控制信号，再由报警装置响应，引起人们的注意，同时进行正确的处理。主要有光电报警和声音报警等。输入及显示装置输入部分负责设定输液的各参数，如输液量和输液速度等。显示部分负责显示各参数和当前的工作状态等，多采用LED数码管显示和LCE液晶显示。泵装置的种类很多，分类也多种多样，就驱动原理来说可分为电磁泵、气动泵和压电泵等。
3.2 研究技术路线：①采用现代的微电子技术，采用高集成度的半导体器件实现产品的通讯，控制，显示和操作功能，极大的压缩产品的电子电路的体积。②采用现代的数字化结构设计，用极高的结构精度，确保产品的结构合理、紧凑、小巧、可靠。③研发高传动比微型马达，精确控制滴速。
4预期结果
智能输液器结构简单、性能可靠、体积小、控制精度高、信息反馈及时准确，使用非常方便和，所有需要输液的患者均适用。使用智能化输液控制器可以避免输液过程中因时间误差导致的医疗失误，同时还可以大大减轻医护人员的工作强度，在护士站就可方便监控到每个输液站点输液情况，是一种新型的智能化输液控制器。可以提高医院的服务质量，同时可以产生巨大的经济效益。占领输液行业的制高点。
参考文献：
[1]徐明.便携式智能化医用输液系统的研究.哈尔滨工业大学CNKI:CDMD：2.2006.171419.
[2]言南萍.简易加压输液泵临床应用效果分析[J].广西医学，2001，23（5），1198.
无线控制器范文第4篇
>> 一种基于软件的无线电调制解调器的设计与实现 调制解调器CMX866在现代通信系统中的应用 OFDM系统中TCM调制解调器的设计与实现 看似正常的调制解调器不能拨号 PWM脉宽调制解调器在变频器中的应用 LPC917在短波调制解调器中的应用 正交幅度调制解调器的FPGA设计与仿真 无线电台中DS／D－MPSK调制解调器的FPGA实现 ADSL调制解调器驱动器的实现 4FSK调制解调器建模仿真与抗噪声性能分析 H0mePIug AV电力线调制解调器设计与实现 一种在通信系统中解调器抗噪声性能的分析 应用于频谱监控的宽带正交解调器设计 恩智浦推出业界首款具备双通道调制解调器的AISG收发器 一种单片集成相敏解调器 一种应用于温度控制系统的PID控制电路设计 宽带电力线通信调制解调器 同洲电子线缆调制解调器CCM2000A等 金智综自调制解调器故障判断及排除 Qualcomm首款5G调制解调器芯片方案 常见问题解答 当前所在位置：
关键词：抗干扰性强；高速率；高斯滤波最小频移键控；双频单极子天线
引言
作为无线测控系统中重要的组成部分，无线调制解调器需要具备高速化、可靠性高、封装体积小等特性，已有的无线调制解调器解决方案，有的采用频移键控（FSK）方式，其数据传输率不高，最高速率分别为20kbps和1.2kbps，而且FSK方式虽然实现容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，但是如果噪声源固定且与中心频率相差不大，则对FSK很不利。也有的采用快速移频键控（FFSK/MSK）方式，其最高数据传输速率为4.8kbps；还有采用四时四频调制（TFSK）方式，其信道稳定性较差，通信速率不高（不足600bps）。
本文的无线调制解调器采用高斯滤波最小频移键控（GMSK）方式，其已调波相位路径在MSK的基础上进一步得到平滑，把MSK信号相位路径的尖角平滑掉，因此频谱特性相比FSK、MSK方式更佳，其最高数据传输速率可达64kbps；另外，采用的射频芯片nRF401（见文献[2]）所配置的天线一般是外接式直杆天线，而且采用USB2.0接口设计时增加了一个协议转换集成芯片FT24SAM，不仅使系统成本会增加，而且不适合于小型化封装。本文设计的印刷双频单极子天线不仅可以满足两个频段要求，而且与其它元件一起印刷在电路板上实现集成，不会外露在板外，实现低成本与集成化。仿真与测试结果表明，该无线调制解调器具有良好的功率谱特性和较好的抗干扰性能，完全满足无线测控系统高速化、高可靠性的要求。
1 无线调制解调器设计
1.1系统结构
如图1所示，系统工作流程为：需要控制远程设备时，控制器C8051F320通过USB接口接收上位机送出的基带信号，并送至GMSK集成芯片FX589进行GMSK调制，然后送给锁相环74HC4046进行FM调制，实现频谱搬移，最后经功率放大并送至天线发射。而采集与接收数据的过程正好相反。
1.2 C8051F320控制器
C8051F320是新华龙公司提供的单片机，主要特点为：具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核：全速、非侵入式的在片调试接口；通用串行总线（USB）功能控制器：八个灵活的端点管道、集成收发器和1K FIFO RAM。
引脚标号除了第4、5脚与主机的USB接口通信外，其它都是与GMSK芯片FX589相连：第1、2脚是数据收发时钟、第9脚设置接收载波检测电路的工作模式：第29脚控制发送使能端：第15、16脚进行时钟分频值选择：第11脚是BT选择：第25、26脚实现数据的收发，第13脚设置接收锁相环工作模式。
1.3 GMSK的调制与解调
GMSK是MSK的改进型。GMSK的基本原理是让基带信号先经过高斯滤波器滤波，使基带信号形成高斯脉冲之后进行MSK调制，其频谱特性优于MSK和SFSK。
图3的FX589引脚中除了第11、16脚是与下一级FM调制解调电路进行数据收发外，其它主要与C8051F320通信。
FX589是CML公司生产的专用于无线数据传输的单片集成同步调制解调器，其数据发送和接收采用串行方式，使用全双工或半双工方式工作，具有很宽的数据速率，其数据速率范围从4 kbps到64 kbps，可以通过片端编程实现数据速率和BT选择（0.3或者0.5）。
主要引脚为：
Xtal（l脚）：片内晶振输出揣；
Xtal/Clock（2脚）：外接晶本或时钟输入端：
ClkDivA、ClkDivBf3、4却）：时钟分频值选择； RXDCa（6脚）：设置接收载波电路的工作模式：
PLLacq（7脚）：用于设置接收锁相环的工作模式：
RxFB（10脚）：接收放大器反馈输出端：
RxSIN（ll脚）：接收信号输入端：
Vss（12脚）：电源电压输入端；
BT（1 5脚）：BT选择端；
TxOUT（16脚）：发送信号输出端；
TxEN（17脚）：发送使能端，高电平有效；
Tx Data（19脚）：发送数据输入端；
Rx Dala（20脚）：接收数据输出端；
Rx CLK（21脚）：接收时钟输出；
Tx CLK（22脚）：发送时钟输出。
1.4锁相环频谱搬移
锁相环频谱搬移电路主要目的是把GMSK低频信号搬移到高频段进行无线发射。锁相环74HC4046主要由相位比较器（PD）、压控振荡器（VCO）、低通滤波器三部分组成，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。
FM调制与解调电路各用一个锁相环，只是信号输入/输出接法不一样。FM调制过程为：FX589输出的调制信号直接送到锁相环的VCO输入端第9脚Txo，则VCO第4脚输出FM调制信号。该信号的频率Wvco就是以Wo（压控振荡器固有振荡频率）为中心，随Txo信号幅度的变化而变化。而Wo由VCO第6、7脚的电容C25和第11脚的电阻R8决定，调节使其等于发射信号的中心频率。VCO输出的FM调制信号频率为：Wvco=Wo+AokTxo：其中Ao是增益系数，Txo是FX589提供的GMSK调制信号。
FM解调过程为：天线接收到的信号耦合到锁相环的14脚，调节锁相环的VCO固有振荡频率等于调频信号载频，锁相环相位比较器产生的相位差在VCO输入端产生与输入信号频率变化相应的电压变化，这个电压变化经锁相环74HC4046内部源跟随器隔离后在压控振荡器的解调输出端第10脚输出FM解调信号。
1.5印刷双频单极子天线
印刷天线是一种用微带线和贴片作为辐射单元的特殊天线，不仅结构较为简单、体积结构尺寸小、重量轻，而且易于集成和印刷到电路板上。如图5所示的微带双频单极子天线绪构中，右边较长的一个振子臂对应低频带：2.4G-2.55GHz频段：左边较短的一个振子臂对应高频带：5.15G5.82GHz频段：单极子的这两个臂分别印制在介质板左右两边，中间是微带馈线。介质板选取介电常数为3.38，损耗正切值为0.0027，厚度为1.5mm的FR4材料。为了满足对天线特性的要求，馈电点离单极子的距离为λ/4。具体的结构尺寸主要通过仿真达到阻抗匹配目的来确定。采用电磁仿真软件Ansoft HFSS建模仿真，图6是Sll回波损耗曲线图，可以看出天线两个频段的中心频率为：2.53G和5.38GHz，对应的回波损耗值分别是-34.15dB和-38.35dB。
如图7所示可以看出：微带双频单极子天线在Phi=0度的辐射性较好，在Theta=0度和-180度方向性较好，增益达到1.5dB，其中H面具有一定的全向特性。
2 调制与解调测试波形图
使用数字存储示波器（TDS1000）对GMSK调制与解调器进行测试。图8（a）是随机存储的一段对数字信号进行调制的输出波形；图8（b）是FX589将锁相环的FM模拟解调信号进行GMSK数字解调后的一段波形。可以看出：波形相位路径在MSK的基础上得刭进一步平滑，它把相位路径的尖角平滑掉了，因此频谱特性相比FSK、MSK方式更佳。
无线控制器范文第5篇
【关键词】机器人；外骨骼；无线；控制型；勘察救灾；能量辅助；发展趋势
0.引言
外骨骼技术是人类迫切希望提升个体能力的产物，它源于生物学中的外骨骼概念，如软体动物的介壳，虾、蟹等的甲壳等。人类受此启发便开始了人体机械外骨骼的仿生学研究，并逐步研制出了外骨骼机器人。外骨骼机器人就是一种人工外骨骼，也是一种机械结构，穿戴在操作者的身体外部，为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能，同时又融合了传感、控制、驱动、信息融合等机器人技术，使得外骨骼能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。外骨骼机器人的的研究最早始于20世纪60年代，1966年美国通用公司提出了哈德曼助力机器人的设想，该装置主要采用电机驱动控制，可以轻而易举的举起几十千克的重物。目前，外骨骼机器人系统大致可以分为两类，一类是控制型，一类是增力型。本文研究的是控制型外骨骼机器人，控制型外骨骼主要将人的灵活控制能力传递给智能机器人，应用于人类不能直接到达且控制极为复杂的机器人控制领域，例如：对核反应堆的操作，对空间机器人的人机耦合控制，对深海机器人的控制等极端环境下的控制等，具有很好的发展前景。
1.背景
外骨骼技术研制始于1960年的美国，最早的研究成果是美国通用公司研发的Hardiman外骨骼系统，其主要采用电机驱动控制，可以轻易举起重物。虽然由于科技的限制，Hardiman的研究最终停止，但是它对后来外骨骼系统技术的研究与发展起到了重要的指导作用。
2.外骨骼机器人现状
美国伯克利大学军方合作项目-外骨骼助力机器人士兵服，该装置名为伯克利低位肢体外骨骼，是高级防御研究工程机构设计出来的，尝试将自动机械支柱与人的双腿相连，以降低负重，从而使步兵能够在负载更重的情况下行进更长的路程。这套设备主要由燃料供给及发动机系统、控制及检测系统、液压传动系统及外骨骼机构，使用这种装置的人要通过传动带将自身的腿与机械外骨骼的腿相连，背上要背一个装有发动机、控制系统的大背包，背包中同时还留有承载有效载荷的空间。
日本外骨骼机器人HAL3它由筑波大学研发，功能为：帮助人行走、起立、坐下等下肢动作的动力辅助机器“机器人套装”HAL（Habrid Assist Legs），该机器人主要由无线LAN（局域网）系统、电池组、电机及减速器、传感器（地板反应力传感器、表面肌电传感器、角度传感器）、执行机构等组成，总重约17千克，设备较重，动力传动采用电机-减速器-外骨骼机构的方法。能够根据人体的动作意愿自动调整装置的助力大小。市场规划：将主要面向高龄护理、残疾人辅助、消防及警察等危险作业的用途，并且加强运动娱乐用途市场的开发力度，将针对各种用途进行HAL的设计生产。
无线控制型外骨骼机器人包括一个外骨骼动作捕捉衣和一台仿人机器人，是一种新型的外骨骼式主从机器人无线操作系统，主要应用于极限环境下的场合作业，例如核能、海洋、空间、防灾、扫雷以及航空航天等。
目前，国内外现有的搜救机器人、扫雷机器人和太空机器人等应用于极限环境作业的机器人大多都存在通用性差和操作复杂等问题。增加机器人的自由度，是解决通用性问题的有效途径，但仅仅采用现有的摇杆和按键的控制方式已经无法满足多自由度机器人的控制要求。因此，无线控制型外骨骼机器人将是解决以上两个问题的最佳选择，它是一种可以实时跟随人体肢体运动的多自由度仿人机器人系统。无线控制型外骨骼式主从机器人系统，利用一套束缚在人的身体上的连杆式的外骨骼动作捕风衣，可以使穿戴者的肢体动作在多自由度机器人身上实时再现出来。这种控制方式具有同步性强，操作者更接近于直接作业形态和操控简便等优点，是一种可行的解决当前问题的有效方案。
无线控制型外骨骼机器人是包括单元和从控单元两个部分。操控者需穿戴外骨骼动作捕捉衣，即主控单元，能实现实时主控采集人体肢体多个关节运动信息的功能。仿人机器人，即从控单元，具有多个自由度，装有人体姿态采集系统，能实现实时跟随主控单元运动的功能。主控单元与从控单元通过无线Arduino控制技术相互通信。操作者穿戴外骨骼动作捕捉衣后，采集人体动作信息，并传递给机器人。机器人接收到信息后，执行还原人体动作操作，并将动作通过视觉系统进行反馈。操作者得到反馈信息后，进行相应的动作修正操作。实验表明，无线控制型外骨骼主从式机器人系统可以成功的跟随人体肢体运动，延迟时间在300ms以内。同时该系统的机器人和操作者之间的运动动作相似度较高，在舞刀、拿东西、传递物品和拆弹等实际操作实验中，系统展现出了较高的精准度和灵活性。
3.发展趋势分析
无线控制型外骨骼机器人技术涉及到机械、电子、控制、计算机、传感器等学科领域，是多种高薪科技的集成。随着科技的不断创新与进步，无线控制型外骨骼系统的智能化、人机耦合、模块化和微机化的程度也越来越高，功能也越来越强大。
无线控制型外骨骼机器人的智能化，它是一种和人紧密联系的人机结合的机械动力系统，其中运用了大量的各种传感器。随着传感器技术的不断创新，外骨骼系统对外界环境的感知判断能力和对操作者动作意识的判断将会更加快速、准确，使其智能化水平进一步提供。
无线控制型外骨骼机器人的人机耦合技术，人机耦合技术是实现人机智能系统的关键技术之一。人机耦合技术的发展，将会使人机配合更加准确密切，有利于操作者顺利方便地完成动作。
无线控制型外骨骼机器人的模块化，目前几乎所有外骨骼系统都采取模块化设计理念，通过采用这种方法，设计者可以在各个不同时代，运用当时最新的科技针对某个功能模块而不是整体进行重新设计和升级。
无线控制型外骨骼机器人的微型化，现在正在研制和开发的外骨骼系统都比较庞大笨重，不利于操作和携带。借助于计算机和传感器等技术越来越小型化，未来的外骨骼系统也会趋向微型化。
4.结论
无线控制型外骨骼机器人是一个复杂的人机耦合的一体化系统。有着很广泛的应用范围：勘察救灾、航空航天、扫雷等等。无线控制型外骨骼技术在国际上发展迅速，而在我国还处于起步阶段，急需开展先期的基础研究工作，解决一批关键技术，以迅速开发成熟的产品，跟上国际发展步伐。本文对已有的无线控制型外骨骼机器人的发展趋势和控制技术进行了分析，为广大研究者提供参考。
【参考文献】
[1]蔡兆云，肖湘江等.外骨骼机器人技术研究综述国防科技尖端科技，2007.12.
[2]张佳帆等.基于柔性外骨骼人机智能系统基础理论及应用技术研究[D].杭州，浙江大学，2009.
[3]杨智勇等.外骨骼机器人控制方法综述[J].海军航空工程学院学报，2009.
