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基于智能手机的捡球机控制系统设计

职称驿站所属分类:通信论文发布时间:2019-07-03 10:02:03浏览:1

智能手机以其独有的特点正为人们提供越来越多的技术成果。本文设计了一种基于智能手机控制的网球捡球机,-首先阐述了基于智能手机控制的网球捡球机要实现的功能,然后介绍了该捡球机的设计原理

   智能手机以其独有的特点正为人们提供越来越多的技术成果。本文设计了一种基于智能手机控制的网球捡球机,-首先阐述了基于智能手机控制的网球捡球机要实现的功能,然后介绍了该捡球机的设计原理,包括系统方案设计、硬件电路设计、软件开发设计。在捡球过程中,捡球机可以独立完成捡球信号的接收、网球的识别、拾取网球等一系列动作。使用手机控制的撿球机系统具有低成本、使用灵活的优点,能实现网球捡球过程的智能化、高效化。

天津通信技术

  《天津通信技术》Tianjin Communications Technology(季刊)1984年创刊,是国内外公开发行的科技期刊,宗旨是跟踪国际和国内通信科技发展的新潮流,传播、交流、推广通信科技的新成果,宣传我国及天津市通信科技发展的大好形势,为繁荣通信科技和通信现代化服务。本刊自办刊以来已连续四次被原邮电部及信息产业部评为优秀期刊,是一本不可多得的通信技术类的刊物。

  1.网球捡球机的发展现状

  目前国内外已有的网球捡球机大约有四类:第一类是手推式的捡球机,需要靠人推着车去捡球,无智能装置区。第二类是电动控制的捡球机,需要靠人操控完成捡球,无智能装置。第三类是自动控制的捡球车,每次只能捡一个球,且没有避人避障等一些基本的控制,仅限用于实验,智能性较差。第四类是基于上位机结合场地摄像头采集图像的总体控制方案,其控制方式仅适用于大规模的网球场,而且系统控制方式复杂,成本较高,不易携带。

  当前网球捡球工具体积大且自动化程度低,比较笨拙。浪费运动员体能,不方便打球,需要人工操作,与智能化捡球机相比消耗更多的时间与体力。而且造价高,一般网球场很难购买,因此,它的适用范围小,普及度低。

  为了网球捡球机的功能更加智能化、人性化,我们研制了一种捡球拾取过程的方便、快捷的基于智能手机控制的网球捡球机。基于智能手机控制的网球捡球机由手机蓝牙控制平台、蓝牙HC-06通信模块、网球识别模块、运动系统、捡球系统和控制器组成,捡球机在接收手机控制平台发出的捡球命令后,灵活识别场地上的网球,进而拾取网球。

  2.网球捡球机控制系统的设计原理

  2.1系统方案设计

  基于智能手机控制的网球捡球机由智能手机蓝牙控制平台、蓝牙HC-06通信模块、网球识别模块、运动系统、捡球系统和控制器组成。智能手机的蓝牙控制平台作为客户端,捡球机上的蓝牙模块HC-06作为服务端,服务端采用AT89C51单片机进行控制,双方通过串口进行通信,单片机通过控制捡球机的运动系统、捡球系统以完成相应的捡球功能。

  网球捡球机以AT89C51单片机为核心,外围电路包括电机驱动电路,捡球系统驱动电路,网球识别模块,蓝牙HC-06模块。捡球机上的网球识别系统能快速搜寻网球,单片机控制行走电动机、捡球电动机的动作以拾取网球。当运动员需要捡球时,只需打开手机蓝牙控制平台,发出捡球命令,此时手机蓝牙就与网球捡球机上的蓝牙模块建立通信,将捡球命令发送给捡球机,捡球机得到命令后,通过智能识别系统快速找到网球的位置,捡球机运动到其位置将网球拾取。

  2.2系统硬件电路设计

  该捡球机控制系统的硬件电路分为五个部分:单片机最小系统、网球识别模块、电源模块、电机驱动模块、,其中AT89C51单片机最小系统是捡球机控制器的核心部分,网球识别模块的原理类似于图像处理系统,首先我们把网球的图片信息输入网球识别模块系统中,优化网球识别算法,使网球识别系统能在复杂、多变的环境中识别出网球的位置,确保捡球机在不同的环境下都能拾取网球。电源模块由两部分组成,一部分接外部电源,用于供电机驱动模块运行,另一部分由电池电源供电,以确保单片机最小系统、网球识别模块、蓝牙HC-06模块的正常工作。电机驱动模块需要两个部分,一部分是对电机行走系统的控制,即对捡球机4个轮子的运行状态的控制,包括轮子的进退、转向方向和速度的控制;另一部分是控制捡球机的捡球机构动作,包括捡球机构对网球的抓取、释放、各种角度动作的调整。控制系统结构如图2所示。

  2.2.1单片机最小系统

  单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成,是单片机能正常工作并能实现所要的控制要求的基本组成部分。对于51系列的单片机来说,最小系统一般包括:单片机、晶振电路、复位电路。单片机最小系统如图3所示。现今市面上的单片机的类型有很多,51结构的单片机有AT89CXX系列、AT89SXX系列、AT89C20系列或STC系列的所有单片机都可实现控制电机驱动。

  2.2.2蓝牙HC-06模块

  捡球机上的蓝牙模块选择HC-06模块,用于接受手机平台发出的捡球命令,把捡球信号传递给控制器从而使捡球机完成相应的动作。蓝牙HC-06模块芯片共有VCC、GND、RXD、TXD 4个引脚,可以对单片机无线升级和下载程序。它的主要作用是通过串口与AT89C51进行通信,传递智能手机蓝牙开发平台发出的捡球命令,直接打开手机蓝牙开发平台,点击捡球按钮,便通过与蓝牙模块的信息连接配对成功后,实现远程控制捡球机拾取网球的功能。

  2.2.3电机驱动模块

  该电机驱动模块包括5个电动机,其中4台电动机控制4个轮子的行走,1台电动机控制捡球机构的动作。电机驱动模块采用L298N电机,该电机由于其工作电压高、输出电流大、电路简单的特点,可以实现控制两个电机结构的要求,一个是控制电机行走系统,即对捡球机4个轮子的运行状态的控制,包括轮子的进退、转向方向和速度的控制;另一个是控制捡球机的捡球机构动作,包括捡球机构对网球的抓取、释放、各种角度动作的调整。

  2.3系统的软件设计

  2.3.1控制系统主程序设计

  主程序的设计是为了单片机能对蓝牙HC-06模块接收到的来自手机蓝牙平台发出的捡球命令进行分析判断,从而来控制电机驱动模块的动作,从而实现智能捡球机的自动捡球功能。实现单片机对蓝牙HC-06模块存储的命令进行判断分析,控制电机驱动系统的运行,从而控制捡球机的捡球动作。

  2.3.2手机控制平台程序设计

  为了实现智能手机控制网球机捡球的功能,手机蓝牙控制采用Eclipse开发环境,主要是对手机蓝牙输入的捡球命令进行分析,与捡球机上的蓝牙HC-06模块建立通信,该程序分为2个模块:平台界面模块,平台监控模块。使用者通过点击“平台界面”里的捡球命令按钮,在命令成功录入后,存人相应的数据库,为捡球命令判断做好前期准备,之后平台监控模块与蓝牙HC-06模块、网球识别模块建立通信,网球识别模块检测到球场有网球散落,蓝牙HC-06模块立刻通过串口与AT89C51进行通信,传递智能手机蓝牙发出的捡球命令,继而使捡球机构拾取网球。

  4.结论

  本文是一种应用于各类网球场的智能网球捡球机。它具有一定的智能性,高效性通过其网球识别模块的识别功能,能够自动发现网球,另外还具有手机控制捡球的功能,不需要人过多的参与,只要利用智能手机,就能完成捡球信号的接收、网球的识别、拾取网球等一系列动作,实现了网球捡球过程的智能化、高效化。

《基于智能手机的捡球机控制系统设计》

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文章名称:基于智能手机的捡球机控制系统设计

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