专利名称：一种具有无线通讯链路功能的可重构电子系统设计装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有无线通讯链路功能的可重构电子系统设计装置，属于电子工程中控制与通讯技术领域。
背景技术：
电子技术的发展非常迅猛，当代电子信息技术的广泛应用要求开发人员具备较高的实际技能和动手能力。在学习电子技术的过程中，一个良好的实验环境是非常重要的，其中较为先进的训练环境就是像全国电子设计大赛那样的比赛平台，训练者在完成比赛的同时，锻炼了自己的能力，使理论与实际相符合。以设计一个电子系统作为教学训练的目的，并且使用多种技术，活泼生动，这是当前电子系统设计装置发展的趋势。本发明思想形成于清华大学的电子设计大赛的比赛平台，是一种以训练为目的的电子系统设计装置。
通常的电子系统设计装置分为两类，一类以训练为目的，一类以演示为目的。前一类采用电子元件搭建一个平台，要求使用者利用平台提供的接口设计硬件或编写软件完成一项或几项任务；后一类则是通过系统提供的硬软件完成一定的设计，以获得好的演示效果。前者如《智能电器可重构硬件设计平台》，专利号为CN1460950；后者如《智能移动机器人》，专利号为CN1586826。这两类发明在采用的技术上和本发明都有相似之处，如《智能电器可重构硬件设计平台》和本发明都采用了当前先进的可重构系统结构；而《智能移动机器人》和本发明都有通讯模块，都采用计算机进行控制。
同类发明都面临一个相同的技术难题，即如何在一个给用户提供多个接口的设计平台里合理的运用通讯手段来实现全方位控制，并实现系统的可重构性以使功能个性化。上面谈到的第一类发明往往是一个静态的平台，类似开发板的功能，缺乏合理的通讯控制；第二类发明则功能相对固定，没有给用户留下可扩展的空间(当然这也和第二类发明的目的有关，它只是在采用的技术上和本发明相似，并不是也用于教学的目的)。这两类发明都未能从系统的高度应用通讯手段并针对受控多物体的数据融合与协作关系进行设计。本发明在这一点上实现了突破，本发明不但利用先进多样的通讯手段实现了主机和受控物体、受控物体和受控物体之间的通讯，而且把这种通讯功能融入到一个主要以教学为目的的、为不同层次的学习者提供各类软硬件接口的设计平台里，从而很好的达到了既训练技能又活泼生动的目的。
发明内容
本发明主要用于电子技术的教学训练，用户可以保留装置提供的硬件设计，只编写软件决策部分来控制受控物体；也可以采用装置提供的软件模块，用自己设计的硬件模块，通迅模块，单片机等，来替换装置的硬件模块，实现原系统的功能；也可以二者同时进行。用户按自己的设计来实现装置的已有功能，(发明者提供的默认模块的功能，直观上可以用发明者提供的原先平台功能的演示来体现，比如小车可以走迷宫)或者实现装置能够实现的扩展功能，(装置提供的接口允许扩展的功能，并且这些功能可以通过对受控物体运动的描述来体现，比如任务是让小车模拟智能交通系统——实施方式中的例2)。通过训练学生设计的装置演示的效果(训练成果)与发明者提供的装置演示效果或训练老师设想的可实现的演示效果(参考答案)的对比，检验训练的效果，从而达到教学训练的目的。
一种具有无线通讯链路功能的可重构电子装置设计装置，包括以下六个部分(一)平台架构平台架构是任务执行载体，用于作为系统运行的载体的机械平台，该架构包括台面，照明设备，场景装饰物，场景模型；上面承载有受控物体和采集信息传感器；(二)任务执行主体任务执行主体为平台任务的实际执行者，也称为受控物体；任务执行主体由以下部分组成(1)任务执行主体上的无线收发装置 用于无线收发计算机通讯模块中的无线收发装置发收的信号给微处理器；无线收发装置通过无线信号与计算机通讯模块上的无线收发装置通信；无线收发装置与微处理器通过有线电路相连；(2)微处理器 为受控物体上的无线收发装置收到的信号作解码，待发出的信号作编码；与无线收发装置电路相连；(在同一块电路板上)微处理器通过有线排线与后面电机驱动电路相连；(3)传感器 用于识别台面上的特定标志物，从而识别路线，传感器与微处理器通过有线排线相连；(4)电机驱动电路 接收微处理器输出的控制信号，产生相应的驱动电机运转的电压驱动电机；(5)电机 根据电机驱动电路给出的电压以不同的转速转动，作为受控物体的动力装置；该任务执行主体外观是经过改造的专用玩具小车或坦克；可在平台架构中自由运行；本发明装置可包括一辆或几辆任务执行主体；(三)采集信息传感器 该传感器位于平台台面上，用于探测平台环境信息，传递给数据交换与处理中心，与数据交换与处理中心有数据线相连；(四)图像采集设备 图像采集设备悬挂在平台架构的顶端，用来采集平台台面上包括受控物体的状态，返回到数据交换与处理中心，供控制程序使用；它以一定的速率对平台台面上进行摄像，拍摄到的图像通过数据线传回数据交换与处理中心；该设备通常为摄像头；(五)数据交换与处理中心 数据交换与处理中心是本装置信息处理与软件决策部分，提供控制程序；该设备一般为微型计算机，包含相应的软件；它根据摄像头、采集信息传感器和计算机通讯模块内的无线收发装置取得的数据，经过运算给出控制受控物体的指令，通过计算机通讯模块内的无线收发装置传送给受控物体；数据交换与处理中心与计算机通讯模块通过有线USB线相连；(六)计算机通讯模块 包括计算机通讯模块无线收发装置和计算机接口电路；二者有线排线相连；计算机通讯模块无线收发装置与受控物体上的无线收发装置进行通信，计算机接口电路实现计算机通讯模块无线收发装置和数据交换与处理中心信号串-并转换；计算机通讯模块与任务执行主体中的无线收发装置通过无线相连；任务执行主体上的无线收发装置向计算机通讯模块内的无线收发装置传送路线信息、友好与敌对信息，计算机通讯模块内的无线收发装置向受控物体上的无线收发装置传送位置信息、环境信息和指令信息；计算机通讯模块与数据交换与处理中心通过有线USB线相连；任务执行载体(平台)承载任务执行主体(受控物体)和采集信息传感器，受控物体上的传感器和平台台面上的采集信息传感器采集环境信息传回数据交换与处理中心；图像采集设备把采集到的图像信息传回数据交换与处理中心；受控物体上的无线收发装置受向计算机通讯模块的上无线收发装置传送路线信息、友好与敌对信息，计算机通讯模块内的无线收发装置把这些信息传送到数据交换与处理中心；数据交换与处理中心根据传感器和无线链路传回的信息进行数据处理，给出指令信息，通过计算机通讯模块内的无线收发装置向受控物体上的无线收发装置传送位置信息、环境信息和指令信息。受控物体根据数据交换与处理中心传来的指令信息进行运动，完成相应的任务。
对本技术方案原理的概述作为侧重于无线通讯链路功能的服务型平台，本装置以实现基于通讯与软件决策的硬件自动控制为主要目标。装置包括无线通讯模块和信号控制模块，并在无线通讯链路的基础上搭建分布式的专家系统，体现了无线通讯链路功能在装置中不可分割的地位。
在装置的分布式结构中，PC机是装置的本地端，多个通过无线通讯链路受控的目标是装置的远程端。装置的所有数据采集设备，即传感器，均位于装置的远程端上。为了实现装置高质量、高效率的闭环控制，这些传感器采集到的数据应当汇集到同一设备上，进行数据汇总与处理，这一工作由运算速度较快的本地端完成。远程端的决策有两个来源。其一是根据汇总后的数据进行的决策，它具有较高的质量，但数据传输、汇总和较为复杂的决策带来更多延时。其二是根据受控物体自带的传感器进行的决策，由于省去了数据传输和汇总的过程，速度明显较快，但信息的掌握并不完备。在实现中，装置利用分布式专家系统的结构实现两种模式的调和，以便在不同通讯环境中，都能够兼顾决策的质量和实时性。
在上述工作机制的基础上，基于无线通讯链路，平台将各受控物体间的关系分为友好和敌对两大类。
以这样的形式部署的装置，符合对装置特征的上述描述。装置的关键，在于无线通讯链路与平台中自动控制等主体功能的紧密结合。作为电子系统设计平台，装置为各受控物体推荐统一的接口、协议和选片，使各受控物体间的通讯，以及友好、敌对两种关系得以建立和体现。
本发明是一个具有演示功能的平台装置，用户通过接口完成的设计最终是在演示里显示出来。具体说来，本发明的创新点主要有以下三处第一，该装置是一个适用于多层次用户的电子设计装置，具有多种接口，软件和硬件上都可以根据用户的需要加以扩展。通讯部分采用Nordic芯片24E1，芯片内置单片机可进行编程。这是本发明在可重构性上的创新。
第二，装置中加入了无线链路通讯功能。通过无线通信链路，平台台面上的多个受控物体可以灵活组网，形成相互合作或相互敌对的关系，完成相应的任务，例如，可以汇总和融合数据，协助友方完成任务，或侦听敌方通信，阻挠敌方完成任务。这是本发明在无线通讯上的创新。
第三，该装置通过分布式专家系统，集中控制与分布式控制相结合，既保证了受控物体所掌握信息的全局性，又保证了控制的实时性。搭设在平台上方的固定摄像头，与随受控物体移动的传感器，提供了关于装置整体状况和受控物体自身局部状况的丰富的原始信息。装置可以通过PC机汇总和融合无线通信链路传送的数据，通过分布式专家系统发布平台全局信息，实现统一控制，而不是仅仅依靠自组织网络和嵌入式系统实现控制。这是本发明在控制上的创新。
图1是装置总体结构示意图；图2是射频无线通讯电路图；图3是电机驱动电路图；图4是计算机接口电路图；图5是从专家系统视角描绘的装置结构示意图(主机参与控制)；图6是从专家系统视角描绘的装置结构示意图(主机不参与控制)；
图7是台面上受控物体的相互关系图示意图；图8是根据装置的实际应用测得的性能比较图，其中大圆点表示所测数据，小圆点表示根据所测数据拟合公式所得的数据；图9是实施例1一个用于举办大学生电子设计比赛的平台的装置示意图；图10是实施例2一个用于研究智能交通系统的仿真系统的装置示意图；图11是实施例3一个用于研究智能家居系统的仿真系统的装置示意图；图12是实施例4一个用于研究智能仓储系统的仿真系统装置示意图。
具体实施例方式
下面结合图和具体实施例说明本说明。
图1是装置总体结构示意图；其中，1.任务执行载体，2.任务执行主体，3.图像采集设备，4.数据交换与处理中心，5.计算机通讯模块，6.计算机通讯模块内的无线收发装置，7.计算机接口电路，8.传感器，9.微处理器，10.电机驱动电路，11.电机，12.任务执行主体上的无线收发装置，13.采集信息传感器。空心箭头表示信号线；黑色实线箭头表示电信号线；虚线箭头表示无线信号链路。任务执行载体(1)上面承载有受控物体(2)和采集信息传感器(13)；任务执行主体(2)由任务执行主体上的无线收发装置(12)、微处理器(9)、传感器(8)、电机驱动电路(10)、电机(11)组成；任务执行主体上的无线收发装置(12)与微处理器(9)通过有线电路相连；微处理器(9)与任务执行主体上的无线收发装置(12)有线电路相连；微处理器(9)通过有线排线与后面电机驱动电路(10)相连；传感器(8)与微处理器(9)通过有线排线相连；电机驱动电路(8)接收微处理器(9)输出的控制信号，产生相应的驱动电机运转的电压驱动电机(11)；电机(11)根据电机驱动电路(10)给出的电压以不同的转速转动，作为受控物体(2)的动力装置；采集信息传感器(13)与数据交换与处理中心(4)有数据线相连；图像采集设备(3)悬挂在平台架构(1)的顶端，通过数据线与数据交换与处理中心(4)相连；数据交换与处理中心(4)与计算机通讯模块(5)通过有线USB线相连；计算机通讯模块(5)包括计算机通讯模块无线收发装置(6)和计算机接口电路(7)；二者有线排线相连；计算机通讯模块(5)与任务执行主体中的无线收发装置(12)通过无线相连；计算机通讯模块(5)与数据交换与处理中心(4)通过有线USB线相连；任务执行载体(平台)(1)承载任务执行主体(受控物体)(2)和采集信息传感器(13)，受控物体上的传感器(8)和平台台面上的采集信息传感器(13)采集环境信息传回数据交换与处理中心(4)；图像采集设备(3)把采集到的图像信息传回数据交换与处理中心(4)；受控物体上的无线收发装置(12)向计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传送路线信息、友好与敌对信息，计算机通讯模块内的无线收发装置(6)把这些信息传送到数据交换与处理中心(4)；数据交换与处理中心(4)根据采集信息传感器(13)和受控物体上的传感器(8)以及计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传回的信息进行数据处理，给出指令信息，通过计算机通讯模块内的无线收发装置(6)向受控物体上的无线收发装置(12)传送位置信息、环境信息和指令信息。受控物体(2)根据数据交换与处理中心(4)传来的指令信息进行运动，完成相应的任务。
图2是受控物体上的无线收发装置和微处理器的电路图(做在一块板子上)；其中，14.LM1117，15.排针，16.AT25320，17.nRF24E1，18.晶振，19.天线；如图2所示，天线(19)接收到计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传输过来的无线信号，先后经过一个电容、一个电容电阻的并联、一个电阻送入主芯片nRF24E1(17)，经处理后输出指令，通过排针(15)输出到电机驱动电路(10)。nRF24E1上方的两个管脚通过排针(15)与传感器的输出相连。AT25320(16)里储存的程序指令通过排针(15)送入nRF24E1(17)里，供里面的微处理器使用；AT25320另一端(左)通过排针(15)接地。LM1117(14)是稳压芯片，把输入的电源电压VCC变为稳定电压VDD，为整个电路供电。晶振(18)为nRF24E1(17)提供时钟振荡。
如果是发送信号，排针(15)上无信号，发送信号由nRF24E1内部产生，先后经一个电阻、一个电阻电容的并联、一个电容送到天线(19)，发送到计算机。其它同上。
如果是计算机通讯模块内的无线收发装置(6)，接收信号时排针(15)通入计算机接口电路(7)，其它完全同上。
图3是电机驱动电路图；其中，21.光耦，22.AT90S1200-4PI，23.L293；如图3所示。LM1117(14)把电源电压VCC变为5V稳定电压，为整个电路供电。排针(15)接受控物体上的无线收发装置和微处理器的电路的输出信号，通过光耦(21)接入单片机芯片AT90S1200-4PI(22)，单片机根据接收到的信号产生一个驱动指令，送入L293(23)产生相应的驱动电压输入两个电机(11)。光耦(21)右边的管脚接光耦(21)的电源和地。
图4是计算机接口电路图；其中，24.MAX233，25.串口插座；如图4所示。串口插座(25)通过串口-USB转接线与计算机的USB口相连，计算机输出的信号经串口插座(25)进入电平转换芯片MAX233(24)，经处理后经排针(15)与计算机通讯模块内的无线收发装置(6)的输入口相连。左上方的排针(15)通过USB延长线与计算机的USB口相连为电路供电。
图5是从专家系统视角描绘的装置结构示意图(主机参与控制)；其中，26.本地端知识库，27.本地计算机，28.嵌入式设备，29.实时控制模块，30.知识，31.模式识别，32.数据汇总与处理，33.知识库，34.推理机，35.先期知识，36.输入(无线链路)，37.输入(本地)，38.反馈(无线链路)，39.控制信号；如图5所示，装置结构以分布式专家系统的视角表示。本地端知识库(26)存储先期获得的知识(30)，以烧录或无线传输的方式在任务执行前把先期知识(35)传入知识库(33)，在运行中一般不可更改。本地计算机(27)在任务执行中，实时地汇总数据，并对数据进行处理，如模式识别(31)，数据汇总与处理(32)等。处理后形成的条件和参数通过输入(无线链路)(36)进入各受控物体的嵌入式设备端知识库(33)。嵌入式设备(28)是分布式专家系统的客户端。其知识既来自先期知识库(26)，又来自本地计算机(27)的实时更新与删汰。其推理机(34)的输入(本地)(37)来自自身传感器(8)。传感器(8)一般均附着在嵌入式设备(27)上，一份数据交给推理机(34)，一份副本反馈(无线链路)(38)回本地计算机(27)。对于根据汇总后的数据进行的决策，延时较多的决策结果并不直接进入推理机(34)，而是加入知识库(33)，作为实时控制模块(29)推理的依据，保证了决策的质量。对于根据受控物体(2)自带的传感器(8)进行的决策，受控物体(2)利用自带的嵌入式系统(28)完成的决策作为输入(37)进入推理机(34)，根据知识库(33)提供的信息，直接产生控制信号(39)，保证了决策的实时性。
图6是从专家系统视角描绘的装置结构示意图(主机不参与控制)；其中，26.本地端知识库，27.本地计算机，28.嵌入式设备，29.实时控制模块，30.知识，31.模式识别，32.数据汇总与处理，33.知识库，34.推理机，35.先期知识，36.输入(无线链路)，37.输入(本地)，38.反馈(无线链路)，39.控制信号；如图6所示。当与本地计算机通讯的输入(无线链路)(36)处于不可用状态时，实时控制模块(29)通过受控物体自身传感器(8)的输入(本地)(37)维持控制的闭环属性，使装置任务得以继续执行。事实上，这一情况是有可能出现的，例如台面上的受控物体(2)进入屏蔽电磁波的掩体。这说明采用分布式专家系统，增强了装置的弹性和鲁棒性(稳定性)。
图7是台面上受控物体的相互关系图示意图；其中，40.甲方受控物体(I，II，……N)41.乙方受控物体(I，II，……N)42.友好43.敌对；如图7所示。基于无线通讯链路，平台将各受控物体间的关系分为友好(42)和敌对(43)两大类。处于友好(42)关系的一方，与同一本地计算机(27)交流。本地计算机(27)以向各受控物体(40或41)分别更新知识库(33)的形式，使各方获得协调。在分别具体推理的过程中，各方可以不通过主机，而通过无线通讯链路自组织进行交互。交互的内容包括各方传感器所收集到的态势信息，和各方通讯模块所侦听到的敌方通信报文等。它们作为输入给推理机(34)的辅助参量，以提高控制的针对性和效率。
处于敌对(43)关系的一方，其本地计算机(27)不存在互相竞争运算资源和相互破坏的关系。当受控物体上无线收发装置(12)处于发送状态时，敌对(43)一方的受控物体(2)可以通过受控物体上无线收发装置(12)侦听到通信报文，并通过对通信报文的解析尝试掌握敌方的当前状态。此外，在平台上方悬挂的图像采集设备(3)所摄下的图像为双方主机共用，由此可以从俯视的角度观察平台中双方态势的概貌。
图8是根据装置的实际应用测得的误码性能比较图，其中图横轴为无线通讯链路传送数据帧失败概率的百分比，纵轴为完成任务所用时间的归一化值；大圆点表示所测数据，小圆点表示根据所测数据拟合公式所得的数据。如图8所示。无线通讯链路作为装置的关键，其作用可以用实验的方式加以量化。实验的内容为在台面上有一些路障，两辆小车以合作的方式将一个箱子从平台的一侧移动到平台另一侧，测试完成任务所需时间与数据帧丢失率。实验共进行了15次。根据计算可以得出，在没有敌方干扰的情况下，完成任务所需时间与数据帧丢失率可以拟合为常数与对数函数线性组合的关系，即y＝0.969+0.010x+0.3511g(x+1)可见，传输数据丢失和错误越多，完成任务花费的时间越长。也就是说，无线链路装置的好坏直接关系到装置的灵敏度和鲁棒性。
具体实施例1一个用于举办大学生电子设计比赛的装置一个用于举办大学生电子设计比赛的平台，是举办大学生电子设计比赛用的平台，是为大、中学生的电子系统设计教学与科研的软硬件联调服务装置，它为具备电路设计与编程知识的高层次用户提供软硬联调、场景模拟等服务，为具备中学数学基础知识的低层次用户提供硬件实现、脚本生成等服务。软件通过摄像头、无线通讯模块等设备与同名硬件平台相连，使用户编写的程序或控制脚本操纵硬件平台上火星探测车模型做出变速前进、上下阶梯、双臂夹物等动作，将矿石推向指定的目标点。
用户可以保留装置提供的硬件设计，只编写软件决策部分来控制受控物体；也可以采用装置提供的软件模块，用自己设计的硬件模块(通迅模块，单片机等)来替换装置的硬件模块，实现原装置的功能；也可以二者同时进行。用户按自己的设计来实现装置的已有功能，(发明者提供的默认模块的功能，直观上可以用发明者提供的原先平台功能的演示来体现，比如小车可以走迷宫)或者实现装置能够实现的扩展功能，(装置提供的接口允许扩展的功能，并且这些功能可以通过对受控物体运动的描述来体现，比如任务是让小车模拟智能交通系统——实施方式中的例2)。通过训练学生设计的系统演示的效果(训练成果)与发明者提供的系统演示效果或训练老师设想的可实现的演示效果(参考答案)的对比，检验训练的效果，从而达到教学训练的目的。
图9是实施例1一个用于举办大学生电子设计比赛的平台的系统示意图；其中，6.计算机通讯模块内的无线收发装置，86.数字可变焦摄像头，97.运行软件服务平台和用户决策程序，98.USB线实时传送台面图像情况给软件服务平台，99.四边日光灯管给平台提供良好的照明，100.四边可下卷的布帘减少外界杂光对摄像头图像质量的影响，101.小车平台任务的实际执行者，102.通信103.障碍物，104.可卷起的草皮模型装饰和提供定制的场景，105.支柱支撑顶盖，106.四边护栏防止小车小球冲出平台，107.目标点平台任务的目标点，108.小球平台任务的执行对象，109.可拆装的铝合金质底座为平台提供牢固的根基，110.可拆装的障碍物模型装饰和制造障碍；如图9所示。四边日光灯管(99)、四边可下卷的布帘(100)、障碍物(103)、可卷起的草皮模型(104)、支柱(105)、四边护栏(106)、目标点(107)、小球(108)、可拆装的铝合金质底座(109)、可拆装的障碍物模型(110)共同组成任务执行载体(1)，承载小车(101)；数字可变焦摄像头(86)把采集到的图像信息通过USB线(98)传回PC机(97)；受控物体上的无线收发装置(12)向(6)传送路线信息、友好与敌对信息，计算机通讯模块内的无线收发装置(6)把这些信息传送到PC机(97)；PC机(97)根据计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传回的信息进行数据处理，给出指令信息，通过计算机通讯模块内的无线收发装置(6)向受控物体上的无线收发装置(12)传送位置信息、环境信息和指令信息。小车(101)根据PC机(97)传来的指令信息进行运动，完成相应的任务。
该实践装置借鉴了火星探测器漫游车场景与技术，在火星探测车模型中通过“第三端”提供漫游技术支持。通过实现彩色运动物体的图像识别、平台动态自适应、虚拟调试与单步分解调试、三维场景重现、实时数据分析与监测等功能，装置为用户自主制作软硬件实现特定目标的自动控制提供了较为完备的服务。通过软硬件协作，装置可利用微机互联及以太网同步执行集自动控制、电脑解说、电视转播于一体的复杂任务。
具体实施例2一个用于研究智能交通系统的仿真系统的装置Chang-Jen Lan博士于2001年发表了两篇针对城市交通网可鉴识性(Identifiability)研究的文章。利用较少的探测结点实时估计整网各条道路的交通流，对于在大城市中疏导交通具有特别重要的意义。如果探测结点不像Lan博士文章中主张的那样放置在路口，而是放置在机动车上，这样散布的移动结点可以组成传感器网络，逐级向服务器提交信息。在路段或路口安置的摄像头，可以对当地的交通流有一整体的了解。英国阿特金斯(Atkins)集团正在这一领域开展研究，但还没有产生阶段性成果。这一领域的研究的开展具有较大难度。
在大城市中散布传感器结点进行实验，成本高，万一失败将产生不良的社会后果。本装置为城市交通网仿真提供了便利，实现框图如图10所示。图10是实施例2一个用于研究智能交通系统的仿真系统的装置示意图；其中，104.台面，上面有路段与路口模型，6计算机通讯模块内的无线收发装置，8.传感器装在模型车上，探测周围车流，89.数字可变焦摄像头，是图像采集设备，用于拍摄台面与模型车位置，97台式机，是数据交换与处理中心，用于识别道路，数据融合，形成决策，101.模型车，接受行驶指南，自主决定路线；台面(104)承载模型车(101)，受控物体上的传感器(8)采集环境信息传回台式机(97)；数字可变焦摄像头(89)把采集到的图像信息传回台式机(97)；任务执行主体上无线收发装置(12)向计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传送路线信息、友好与敌对信息，计算机通讯模块内的无线收发装置(6)把这些信息传送到；数据交换与处理中心(4)根据采集信息传感器(13)和受控物体上的传感器(8)以及计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传回的信息进行数据处理，给出指令信息，通过计算机通讯模块内的无线收发装置(6)向受控物体上的无线收发装置(12)传送位置信息、环境信息和指令信息。模型车(101)根据台式机(97)传来的指令信息进行运动，完成相应的任务。
本用于研究智能交通系统的仿真系统的装置可以仿真研究智能交通系统，利用放置在机动车上的传感器网络逐级向服务器提交信息。实时估计整网各条道路的交通流。在路段或路口安置的摄像头，可以对当地的交通流有一整体的了解，具有以下两个方面的显著优势利用实物进行仿真，可以发现纯计算机仿真中由于建模的偏差而不易察觉的问题，并可对交通疏导的功效进行直观的表达；利用平台进行仿真，可以尝试多种不同的结点定位方式，而不必为实现GPS漫游一类的定位支付服务费，节省了研究经费。
具体实施例3一个用于研究智能家居系统的仿真系统的装置智能家居系统为居住环境提供全方位的信息交换功能，保持家庭设施与住宅环境的和谐。Li Jiang于2004年发表的论文详细论述了智能家居系统中的元素及组网方式。在典型的应用方案中，屋顶上方的摄像头使主人可以随时观察房间中的动静，地上有可移动的自动吸尘器与空气净化器。由于不同类型的探测设备数据多数不共享，监视用摄像头与移动目标的摄像头往往需要重复制备。本装置为智能家居系统方案的改善与成本的降低提供了设计依据与测试环境。实现框图如图11所示，图11是实施例3一个用于研究智能家居系统的仿真系统的装置示意图，其中，6.计算机通讯模块内的无线收发装置，8.传感器装在移动目标上，探测周围环境，89.数字可变焦摄像头拍摄台面，识别移动目标，97.中心服务器监视台面，数据融合，形成决策，104.台面家居模型，111.进入不可见区域的移动目标和非移动目标接收决策指令，自主决定任务，112.拍摄到的移动目标接收决策指令，执行任务，111和112是实施方案中的任务执行主体——受控物体。
台面(104)承载受控物体(2)，受控物体上的传感器(8)采集环境信息传回中心服务器(97)；数字可变焦摄像头(89)把采集到的图像信息传回中心服务器(97)；受控物体上的无线收发装置(12)向计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传送路线信息、友好与敌对信息，计算机通讯模块内的无线收发装置(6)把这些信息传送到中心服务器(97)；中心服务器(97)根据受控物体上的传感器(8)以及计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传回的信息进行数据处理，给出指令信息，通过计算机通讯模块内的无线收发装置(6)向受控物体上的无线收发装置(12)传送位置信息、环境信息和指令信息。受控物体(2)根据中心服务器(97)传来的指令信息进行运动，完成相应的任务。
本用于研究智能家居系统的仿真系统的装置具有以下两个方面的显著优势(1)将单一图像数据源和传感器网络结合，辅以虚拟环境预测算法，使移动目标在不同地点均能感受到自己的位置，并降低了设计成本；(2)将集中与分布式智能体控制结合，既分散计算资源，又保持决策步调的一致性。
具体实施例4一个用于研究智能仓储系统的仿真系统的装置在物流信息技术领域，智能仓储系统对工作环境、产品外观进行实时监控，并完成货物堆存，这一系统同样应用于车库的自动化管理。2003年举行的中国国际物流仓储及运输系统展览会对于智能仓储系统在国内的推介与普及起到了相当积极的作用。本装置将实时监控模块与自动化控制模块结合，并利用平台模型提供测试环境。实现框图如图12所示。图12是实施例4一个用于研究智能仓储系统的仿真系统装置示意图。其中，6.计算机通讯模块内的无线收发装置，8.采集信息传感器室内传感器，探测环境参数，13是模型车上的传感器，探测堆存情况，89.数字可变焦摄像头拍摄台面与模型车位置，97.监视器识别地形，数据融合，形成决策，101.模型车接受行驶指南，执行堆存任务，104.台面仓库地形模型。
台面(104)承载模型车(101)和采集信息传感器(13)，受控物体上的传感器(8)和平台台面上的采集信息传感器(13)采集环境信息传回监视器(97)；数字可变焦摄像头(89)把采集到的图像信息传回监视器(97)；受控物体上的无线收发装置(12)向计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传送路线信息、友好与敌对信息，计算机通讯模块内的无线收发装置(6)把这些信息传送到监视器(97)；监视器(97)根据采集信息传感器(13)和受控物体内的传感器(8)以及计算机通讯模块内的无线收发装置(6)传回的信息进行数据处理，给出指令信息，通过计算机通讯模块内的无线收发装置(6)向受控物体上的无线收发装置(12)传送位置信息、环境信息和指令信息。模型车(101)根据数据交换与处理中心(4)传来的指令信息进行运动，完成相应的任务。
该装置能够很好的仿真仓储结构，对仓储的智能控制研究具有重要意义。
从上面的叙述可以看出，本发明在四个不同领域与场景都得到了应用，充分体现了设计思想的实用性，普适性和任务方案的灵活性。
以上实施例只是用于说明本发明，并不限制本发明。
权利要求
1.一种具有无线通讯链路功能的可重构电子系统设计装置，其特征在于，该电子系统设计装置包括以下六个部分(一)平台架构 平台架构是任务执行载体，用于作为系统运行的载体的机械平台，该架构包括台面，照明设备，场景装饰物，场景模型；上面承载有受控物体和采集信息传感器；(二)任务执行主体 任务执行主体为平台任务的实际执行者，也称为受控物体；任务执行主体由以下部分组成(1)任务执行主体上的无线收发装置 用于无线收发计算机通讯模块中的无线收发装置发收的信号给微处理器；任务执行主体上的无线收发装置通过无线信号与计算机通讯模块内的无线收发装置通信；任务执行主体上的无线收发装置与微处理器通过有线电路相连；(2)微处理器 为受控物体上的无线收发装置收到的信号作解码，待发出的信号作编码；与无线收发装置电路相连；微处理器通过有线排线与后面电机驱动电路相连；(3)传感器 用于识别台面上的特定标志物，从而识别路线，传感器与微处理器通过有线排线相连；(4)电机驱动电路 接收微处理器输出的控制信号，产生相应的驱动电机运转的电压驱动电机；(5)电机 根据电机驱动电路给出的电压以不同的转速转动，作为受控物体的动力装置；(三)采集信息传感器 该传感器位于平台台面上，用于探测平台环境信息，传递给数据交换与处理中心，与数据交换与处理中心有数据线相连；(四)图像采集设备 图像采集设备悬挂在平台架构的顶端，用来采集平台台面上包括受控物体的状态，返回到数据交换与处理中心，供控制程序使用；它以一定的速率对平台台面上进行摄像，拍摄到的图像通过数据线传回数据交换与处理中心；(五)数据交换与处理中心 数据交换与处理中心是本装置信息处理与软件决策部分，提供控制程序；数据交换与处理中心与计算机通讯模块通过有线USB线相连；(六)计算机通讯模块 包括计算机通讯模块无线收发装置和计算机接口电路；二者有线排线相连；计算机通讯模块无线收发装置与受控物体上的无线收发装置进行通信，计算机接口电路实现计算机通讯模块无线收发装置和数据交换与处理中心信号串-并转换；计算机通讯模块与任务执行主体中的无线收发装置通过无线相连；计算机通讯模块与数据交换与处理中心通过有线USB线相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有无线通讯链路功能的可重构电子系统设计装置，其特征在于，本发明装置包括一辆或多辆任务执行主体。
3.根据权利要求1所述的一种具有无线通讯链路功能的可重构电子系统设计装置，其特征在于，所述图像采集设备是摄像头。
全文摘要
一种具有无线通讯链路功能的可重构电子系统设计装置，包括六个部分平台架构、任务执行主体、采集信息传感器、图像采集设备、数据交换与处理中心、计算机通讯模块。平台架构承载任务执行主体和采集信息传感器，图像采集设备把采集到的图像信息传回数据交换与处理中心；受控物体内的无线收发装置受向计算机通讯模块的内无线收发装置传送路线信息、友好与敌对信息，受控物体根据数据交换与处理中心传来的指令信息进行运动，完成相应的任务。本发明是一个具有电子系统教学和演示功能的平台装置，有多种接口，软件和硬件上都可以根据用户的需要加以扩展，结构上有可重构性；装置中加入了无线链路通讯功能和分布式专家系统，是无线通讯、控制上的创新。
文档编号G05B15/02GK1794314SQ200510086879
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月15日 优先权日2005年11月15日
发明者王晓峰, 王超, 许晨敏, 吴涛, 张乔, 刘松, 周筠, 施陈博, 朱宁, 张小蓉, 明晔 申请人:王晓峰, 王超, 许晨敏, 吴涛, 张乔, 刘松, 周筠, 施陈博, 朱宁, 张小蓉, 明晔