撿球機控制系統設計研究范文

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摘要：智能手機以其獨有的特點正為人們提供越來越多的技術成果。本文設計了一種基于智能手機控制的網球撿球機，首先闡述了基于智能手機控制的網球撿球機要實現的功能，然后介紹了該撿球機的設計原理，包括系統方案設計、硬件電路設計、軟件開發設計。在撿球過程中，撿球機可以獨立完成撿球信號的接收、網球的識別、拾取網球等一系列動作。使用手機控制的撿球機系統具有低成本、使用靈活的優點，能實現網球撿球過程的智能化、高效化。

關鍵詞：智能手機；撿球機；藍牙通信；遠程控制

1網球撿球機的發展現狀

目前國內外已有的網球撿球機大約有四類：第一類是手推式的撿球機，需要靠人推著車去撿球，無智能裝置區。第二類是電動控制的撿球機，需要靠人操控完成撿球，無智能裝置。第三類是自動控制的撿球車，每次只能撿一個球，且沒有避人避障等一些基本的控制，僅限用于實驗，智能性較差。第四類是基于上位機結合場地攝像頭采集圖像的總體控制方案，其控制方式僅適用于大規模的網球場，而且系統控制方式復雜，成本較高，不易攜帶。當前網球撿球工具體積大且自動化程度低，比較笨拙。浪費運動員體能，不方便打球，需要人工操作，與智能化撿球機相比消耗更多的時間與體力。而且造價高，一般網球場很難購買，因此，它的適用范圍小，普及度低。為了網球撿球機的功能更加智能化、人性化，我們研制了一種撿球拾取過程的方便、快捷的基于智能手機控制的網球撿球機。基于智能手機控制的網球撿球機由手機藍牙控制平臺、藍牙HC-06通信模塊、網球識別模塊、運動系統、撿球系統和控制器組成，撿球機在接收手機控制平臺發出的撿球命令后，靈活識別場地上的網球，進而拾取網球。

2網球撿球機控制系統的設計原理

2.1系統方案設計

基于智能手機控制的網球撿球機由智能手機藍牙控制平臺、藍牙HC-06通信模塊、網球識別模塊、運動系統、撿球系統和控制器組成。智能手機的藍牙控制平臺作為客戶端，撿球機上的藍牙模塊HC-06作為服務端，服務端采用AT89C51單片機進行控制，雙方通過串口進行通信，單片機通過控制撿球機的運動系統、撿球系統以完成相應的撿球功能。網球撿球機以AT89C51單片機為核心，外圍電路包括電機驅動電路，撿球系統驅動電路，網球識別模塊，藍牙HC-06模塊。撿球機上的網球識別系統能快速搜尋網球，單片機控制行走電動機、撿球電動機的動作以拾取網球。當運動員需要撿球時，只需打開手機藍牙控制平臺，發出撿球命令，此時手機藍牙就與網球撿球機上的藍牙模塊建立通信，將撿球命令發送給撿球機，撿球機得到命令后，通過智能識別系統快速找到網球的位置，撿球機運動到其位置將網球拾取。

2.2系統硬件電路設計

該撿球機控制系統的硬件電路分為五個部分：單片機最小系統、網球識別模塊、電源模塊、電機驅動模塊、，其中AT89C51單片機最小系統是撿球機控制器的核心部分，網球識別模塊的原理類似于圖像處理系統，首先我們把網球的圖片信息輸入網球識別模塊系統中，優化網球識別算法，使網球識別系統能在復雜、多變的環境中識別出網球的位置，確保撿球機在不同的環境下都能拾取網球。電源模塊由兩部分組成，一部分接外部電源，用于供電機驅動模塊運行，另一部分由電池電源供電，以確保單片機最小系統、網球識別模塊、藍牙HC-06模塊的正常工作。電機驅動模塊需要兩個部分，一部分是對電機行走系統的控制，即對撿球機4個輪子的運行狀態的控制，包括輪子的進退、轉向方向和速度的控制；另一部分是控制撿球機的撿球機構動作，包括撿球機構對網球的抓取、釋放、各種角度動作的調整。

2.2.1單片機最小系統

單片機最小系統主要由電源、復位、振蕩電路以及擴展部分等部分組成,是單片機能正常工作并能實現所要的控制要求的基本組成部分。對于51系列的單片機來說，最小系統一般包括：單片機、晶振電路、復位電路。單片機最小系統如圖3所示。現今市面上的單片機的類型有很多，51結構的單片機有AT89CXX系列、AT89SXX系列、AT89C20系列或STC系列的所有單片機都可實現控制電機驅動。

2.2.2藍牙HC-06模塊

撿球機上的藍牙模塊選擇HC-06模塊，用于接受手機平臺發出的撿球命令，把撿球信號傳遞給控制器從而使撿球機完成相應的動作。藍牙HC-06模塊芯片共有VCC、GND、RXD、TXD4個引腳，可以對單片機無線升級和下載程序。它的主要作用是通過串口與AT89C51進行通信，傳遞智能手機藍牙開發平臺發出的撿球命令，直接打開手機藍牙開發平臺，點擊撿球按鈕，便通過與藍牙模塊的信息連接配對成功后，實現遠程控制撿球機拾取網球的功能。

2.2.3電機驅動模塊

該電機驅動模塊包括5個電動機，其中4臺電動機控制4個輪子的行走，1臺電動機控制撿球機構的動作。電機驅動模塊采用L298N電機，該電機由于其工作電壓高、輸出電流大、電路簡單的特點，可以實現控制兩個電機結構的要求，一個是控制電機行走系統，即對撿球機4個輪子的運行狀態的控制，包括輪子的進退、轉向方向和速度的控制；另一個是控制撿球機的撿球機構動作，包括撿球機構對網球的抓取、釋放、各種角度動作的調整。

2.3系統的軟件設計

2.3.1控制系統主程序設計

主程序的設計是為了單片機能對藍牙HC-06模塊接收到的來自手機藍牙平臺發出的撿球命令進行分析判斷，從而來控制電機驅動模塊的動作，從而實現智能撿球機的自動撿球功能。實現單片機對藍牙HC-06模塊存儲的命令進行判斷分析，控制電機驅動系統的運行，從而控制撿球機的撿球動作。

2.3.2手機控制平臺程序設計

為了實現智能手機控制網球機撿球的功能，手機藍牙控制采用Eclipse開發環境，主要是對手機藍牙輸入的撿球命令進行分析，與撿球機上的藍牙HC-06模塊建立通信，該程序分為2個模塊：平臺界面模塊，平臺監控模塊。使用者通過點擊“平臺界面”里的撿球命令按鈕，在命令成功錄入后，存入相應的數據庫，為撿球命令判斷做好前期準備，之后平臺監控模塊與藍牙HC-06模塊、網球識別模塊建立通信，網球識別模塊檢測到球場有網球散落，藍牙HC-06模塊立刻通過串口與AT89C51進行通信，傳遞智能手機藍牙發出的撿球命令，繼而使撿球機構拾取網球。

3結論

本文是一種應用于各類網球場的智能網球撿球機。它具有一定的智能性，高效性通過其網球識別模塊的識別功能，能夠自動發現網球，另外還具有手機控制撿球的功能，不需要人過多的參與，只要利用智能手機，就能完成撿球信號的接收、網球的識別、拾取網球等一系列動作，實現了網球撿球過程的智能化、高效化。

參考文獻：

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[4]華祥春.一種基于智能手機藍牙技術的機器人控制系統[M].電腦知識與技術,2008.

作者：趙義龍，劉劍，侯靜；張童；李浩 單位：沈陽建筑大學信息與控制工程學院