一种基于无线传感网和云计算的电脑鼠机器人控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于微型机器人控制技术领域，特别涉及一种电脑鼠机器人的控制系统。
【背景技术】
[0002]电脑鼠，英文名MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置(微型机器人)，电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速地达到所设定的目的地。国际电气和电子工程学会(IEEE)每年都要举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛，自举办以来参加国踊跃，为此许多大学还开设了 “电脑鼠原理和制作”选修课程。真正的首场电脑鼠迷宫竞赛于1979年在纽约举行。1991年以来，每年都有世界级的比赛。
[0003]电脑鼠机器人在迷宫中如图4所示，图中的黑点表示一个电脑鼠机器人。依照比赛规则，当电脑鼠机器人放入起点，按下启动键之后，它就必须自行决定搜寻法则并且在迷宫中前进、转弯、记忆迷宫墙壁资料、计算最短路径、搜寻终点。电脑鼠机器人搜索到迷宫终点后，根据迷宫比赛规则要求，所有电脑鼠机器人返回起点后，根据之前电脑鼠机器人搜寻迷宫的情况，计算和分析出一条最优最短的从起点直达终点最快的路径。之后电脑鼠机器人完成从迷宫起点到终点的最快冲刺，完成迷宫比赛任务，用时最短的即获得比赛的胜利。
[0004]现有迷宫搜索比赛中通常是采用一台电脑鼠机器人对迷宫进行搜索，再由电脑鼠机器人的处理器计算分析出最优路径，之后完成迷宫冲刺比赛，这种现有技术由于电脑鼠机器人在搜索迷宫过程中，没有大量的历史数据做参考，只能靠一台电脑鼠机器人对迷宫进行搜索，存在搜索速度慢的缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于无线传感网和云计算的电脑鼠机器人控制系统，能够快速准确的完成迷宫搜索。
[0006]本发明为实现上述目的采用的技术方案是:一种基于无线传感网和云计算的电脑鼠机器人控制系统，其特征在于，包括电脑鼠无线传感网络、云终端计算机及云计算中心，电脑鼠无线传感网络通过路由器、网络协调器、RS232串口与云终端计算机连接，云终端计算机通过互联网与云计算中心连接，电脑鼠无线传感网络由至少两台电脑鼠机器人组建形成，云计算中心包括依次连接的防火墙、核心交换机、服务器、光纤交换机及存储阵列，云终端计算机通过互联网与云计算中心的防火墙连接。
[0007]本发明进一步的技术方案是:每一台电脑鼠机器人包括电池、电源管理电路、控制器、陀螺仪、红外发射驱动电路、红外发射电路、红外接收电路、液晶显示电路、蜂鸣器、电机驱动电路、空心杯电机、编码器、ZigbeeCC2530模块，电源管理电路包括TPS76033电路、TPS77333电路、TPS5430电路，TPS76033电路与陀螺仪连接，TPS77333电路与控制器连接，TPS5430电路与红外发射驱动电路连接，陀螺仪、液晶显示电路、蜂鸣器、ZigbeeCC2530模块分别与控制器连接，红外发射驱动电路的输入端与控制器连接，红外发射驱动电路的输出端与红外发射电路的输入端连接，红外发射电路的输出端与红外接收电路的输入端连接，红外接收电路的输出端与控制器连接，电机驱动电路的输入端与控制器连接，电机驱动电路的输出端与空心杯电机的输入端连接，空心杯电机的输出端与编码器的输入端连接，编码器的输出端与控制器连接。
[0008]本发明进一步的技术方案是:每一台电脑鼠机器人还包括分别与控制器连接的串口、下载口、扩展1 口，ZigbeeCC2530模块通过R232串口与控制器连接。
[0009]本发明进一步的技术方案是:所述服务器包括GPU服务器、E9000虚拟化刀片服务器、IBM3850/3650服务器，所述控制器是STM32F103R8T6控制器。
[0010]本发明进一步的技术方案是:控制电脑鼠机器人的过程包括以下步骤:(一)确定共同完成任务的电脑鼠机器人的数量，从云计算中心获取最优化状态数据；(二)获取电脑鼠无线传感网络内共同完成任务的每台电脑鼠机器人探测迷宫主要负责区域数据；(三)同时启功电机驱动模式和红外线检测模式，后启功中断模式；(四)启功姿态检测修正模式，后检测姿态是否正确，是直接进入下一步，否修正姿态，再检测姿态是否正确；(五)是否等待触发搜索前进，是进入下一步，否则继续等待触发搜索前进；(六)进入迷宫探测子程序；
(七)判断是否探测到迷宫终点，是进入下一步，否则继续探测到迷宫终点；(八)返回起点子程序，判断是否回到起点，是进入下一步，否则继续判断是否回到起点；(九)把迷宫探测的路径数据上传至云计算中心进行大数据分析，由云计算中心运算获得最优化路径数据，并将最优化路径数据返回至电脑鼠机器人的控制器进行控制；(十)进入冲刺子程序，判断是否冲刺到终点，是进入下一步，否则继续判断是否冲刺到终点；(十一)将本次流程的所有运行数据上传云计算中心，丰富大数据分析所需的控制专家库信息。
[0011]本发明进一步的技术方案是:在步骤(三)中，控制器控制电机驱动电路驱动空心杯电机工作，编码器将空心杯电机的运动参数传输给控制器，控制器控制红外发射驱动电路驱动红外发射电路工作，红外接收电路接收红外发射电路发出的数据并将数据传输给控制器。
[0012]本发明进一步的技术方案是:在步骤(六)进入迷宫探测子程序、步骤(八)返回起点子程序、步骤(十)进入冲刺子程序时，分别进入中断模式，红外检测读取传感器的值以及路口检测、行走控制、路程控制等子程序，同时获取电脑鼠无线传感网络内其它电脑鼠机器人探测数据，之后电脑鼠机器人的控制器同时进行行走控制、路口检测、路程控制。
[0013]本发明基于无线传感网和云计算的电脑鼠机器人控制系统具有如下有益效果:
1、通过电脑鼠无线传感网络，电脑鼠机器人之间使用无线传感网络进行信息数据传输，分配每个电脑鼠机器人的主要负责区域并随时共享位置信息，优化电脑鼠机器人的迷宫搜寻算法，实现两台以上电脑鼠机器人在同一个迷宫以最快的速度互不干扰的完成迷宫的搜寻和最短运动路径的计算；
2、通过电脑鼠无线传感网络，优化电脑鼠机器人的无线模块Zigbee的软硬件设计，实现两台及以上电脑鼠机器人的正常运行以及运动状态实时稳定的相互传输，电脑鼠机器人直线行走最高设计速度为5m/s，行走速度快；
3、通过网络，利用云计算中心平台强大的计算存储和资源优化配置能力，通过互联网连接的云终端计算机获取不同地域、不同时段、不同任务的电脑鼠机器人的各项迷宫探测搜寻任务数据，电脑鼠机器人运行状态数据实时通过无线传感网络回传到云终端计算机的人机监控界面，电脑鼠机器人运行状态数据实时通过无线传感网络和云终端，上传到云计算中心平台进行大数据分析，集成各种智能算法实现电脑鼠机器人的控制策略优化和控制参数优化；
4、由多个高校组成研究小组，各高校的电脑鼠机器人同时通过互联网接入云计算中心，各个电脑鼠机器人的测试和竞赛数据随时上传至云计算中心；由云计算中心通过各种智能算法，对电脑鼠机器人进行大数据分析，不断优化控制策略和考试参数，形成云计算架构的控制专家库，优化后的数据再返回给电脑鼠机器人进行现场操作及测试。
[0014]下面结合附图和实施例对本发明基于无线传感网和云计算的电脑鼠机器人控制系统作进一步的说明。
【附图说明】
[0015]图1是本发明基于无线传感网和云计算的电脑鼠机器人控制系统的结构框图；
图2是单台电脑鼠机器人的结构框图；
图3是采用本发明基于无线传感网和云计算的电脑鼠机器人控制系统控制电脑鼠机器人搜寻迷宫的流程图；
图4是电脑鼠机器人在迷宫中的示意图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本发明一种基于无线传感网和云计算的电脑鼠机器人控制系统，包括电脑鼠无线传感网络、云终端计算机及云计算中心，电脑鼠无线传感网络通过路由器、网络协调器、RS232串口与云终端计算机连接，云终端计算机通过互联网(互联网包括内网和外网)与云计算中心连接，电脑鼠无线传感网络由至少两台电脑鼠机器人组建形成，在本实施例中设置了三台电脑鼠机器人，电脑鼠机器人的数量可根据迷宫的大小而定。云计算中心包括依次连接的防火墙、核心交换机、服务器、光纤交换机及存储阵列，云终端计算机通过互联网与云计算中心的防火墙连接。
[0017]如图2所示，每一台电脑鼠机器人包括电池、电源管理电路、控制器、陀螺仪、红外发射驱动电路、红外发射电路、红外接收电路、液晶显示电路、蜂鸣器、电机驱动电路、空心杯电机、编码器、ZigbeeCC2530模块。控制器是STM32F103R8T6控制器。陀螺仪是LY3200ALH陀螺仪。液晶显示电路是液晶12864显示电路。电源管理电路包括TPS76033电路、TPS77333电路、TPS5430电路，TPS76033电路与陀螺仪连接，TPS77333电路与控制器连接，TPS5430电路与红外发射驱动电路连接，陀螺仪、液晶显示电路、蜂鸣器、ZigbeeCC2530模块分别与控制器连接，红外发射驱动电路的输入端与控制器连接，红外发射驱动电路的输出端与红外发射电路的输入端连接，红外发射电路即传感器，红外发射电路的输出端与红外接收电路的输入端连接，红外接收电路的输出端与控制器连接，电机驱动电路的输入端与控制器连接，电机驱动电路的输出端与空心杯电机的输入端连接，空心杯电机的输出端与编码器的输入端连接，编码器的输出端与控制器连接。每一台电脑鼠机器人还包括分别与控制器连接的串口、下载口、扩展1 口，ZigbeeCC2530模块通过R232串口与控制器连接。所述服务器包括GPU服务器、E9000虚拟化刀片服务器、IBM3850/3650服务器，所述控制器是STM32F103R8T6 控制器。
[0018]电脑鼠机器人