设计与实作一辆智慧型自动避障动感测
许健平, 谢坤颖, 涂 国中央大学资讯工程研究所 台湾桃园县中坜市五权 2 邻中大 300 号 sheujp@csie.ncu.edu.tw, { rocky, yashushi }@axp1.csie.ncu.edu.tw 摘要 目 前 已 有 许 多 无 线 感 测 网 (Wireless , Sensor Networks)的相关应用 其中一种应用是 布建无线感测网,监控某些特定的环境区 域,如充斥有毒物质的环境.当这个无线感测 网中有 Sensor nodes 侦测到常情况.此 时,这些 Sensor nodes 可传送无线的常讯 号,通知后端的动感测前协助感测与收 集相关资讯.动感测只单纯依靠 Sensor nodes 所发出的无线讯号强,找到需要发 出警讯之 Sensor nodes,且自动闪避移动径 上的障碍物.我们以先前我们所实作出的的 动感测与导航演算法为基础,於其上提出可 闪避障碍物并找到目标 Sensor node 的导航演 算法.实验结果显示,动感测能成功地 用超音波元件,准确地闪避进线上之障碍 物,并解逐渐移动到目标感测器旁.
关键词:动感测,导航演算法,无线感测 网,无线网 表 的 文 [1] 中 所 设 计 之 导 航 通 讯 协 定 (Navigation Protocol),使动感测能够在没 有任何位置资讯的情况下 只根据无线感测器 , 所发出的无线讯号强 准确地移动到发送出 , 无线讯号之无线感测器的位置 且在移动的过 . 程中,亦用装设於体四周之超音波元件, 搭配所设计的闪避障碍物之演算法 自动地闪 , 避移动径上的障碍物. 如下图一所示 一旦有无线感测器侦测到 , 常的情况,无线感测器将发送出警告讯息, 透过无线感测网上的其他感测器 将此警告 , 讯息一步一步传送至控制端的基地台 动感 . 测将根据基地台所给予的径资讯 自动沿 , 著先前感测器所回传的径顺序 一个接一个 , 地反向去寻找到发送警告讯号的感测器之位 置 并在该处做近一步的监测或者协助收集 , 资等动作.
1. 简介
由於无线通讯,超大型积体电,及微机 电等技术的渐趋成熟 在人生活环境中布置 , 大,微小,宜,低耗电的计算及通讯装置 如:无线感测器,就技术上而言已非遥可 及.又近,常发生工厂因为管线破或其 他因素,造成有毒气体或物质外泄的工安意 外,这些对人体有害的有毒物质,需要能够被 快速地侦测及定位,以低伤害的产生.当有 毒物质随空气开始散布时 人已经适合进 , 入这些会造成人体伤害的区域 如果能够用 . 无线感测器 在工厂的区域内部署这些无线感 , 测器,并形成一个无线感测网,加以监测 是否发生有毒物质外泄的情况 并用无人的 . 自走,代替人进入这些危险的区域,并快 速地移动到发现有泄有毒物质的无线感测 器旁,将发生问题的地方,用上的感测器做 进一步的感测与协助收集相关资讯.此外,在 无线感测网所布建的环境中 通常多存在许 , 多的障碍物.因此,我们设计并实作出一辆智 慧型自动避障动感测 搭配我们先前所发 ,
图一. 动感测自动导航到有感测到有毒 气体之无线感测器位置 目前已有一些研究成果 实作出动感测 , 器.其中三个较为著名的是 Robomote [2], MICAbot [3]和 CotsBots [4].它们全是使用 Motes [5]系产品作为中央运算控制与通 讯的元件.这些动感测器在无线感测网 中 提供平台给相关演算法的研究和分散式感 , 测的应用.我们用先前所发表之文[1]的
设计为基础 设计与实作出一辆智慧型动感 , 测,但可以移动,也具备有无线通讯的能 .另外,在动感测移动到目标感测器之 间 可能存在有障碍物以及规则的无线电讯 , 号干扰 动感测能以搭配超音波感测器的 , 方式在进的途中自动闪避障碍物 且继续朝 , 向目标感测器前进 导航与定位对於动机器 . 人学是一项基础问题,有一些方法[6, 7, 8, 9, 10]已经被提出解决这型的问题.所有这 些解法假设该环境的地图是事先可以获得 的.我们所用导航通讯协定,允许动感测 在需事先有地图或位置资讯的情况下 简 , 单地用动感测所接收到的讯号强 加 , 以导航到目标感测器.此外,我们的实验也证 实 动感测可快速且正确地闪避移动径 , 上的障碍物,且到达目标感测器.
及 透 过 Parallax 伺 服 马 达 电 板 (Servo Controller)控制马达的转动.为增进系统的 稳定,我们使用三个电源,分别供给 MICA2,BASIC Stamp2 与伺服马达. 2.1 系统硬体架构 我们的动感测使用 MICA2 作为无线 电 通 讯 的 平 台 , MICA2 的 中 央 处 器 是 ATmega128L,运算速为 8 MHz.这个微处 器是低电的 AVR 8-bit 处器,含有 128 Kbytes 的快取记忆体,4 Kbytes 的 EEPROM 与 4 Kbytes 内部 SRAM MICA2 使用 Chipcon . 公司的 CC1000 单晶片无线电收发器,有 433 MHz 与 915 MHz 种的使用频可供选 择 作为径控制的 BASIC Stamp2 是 Parallax . 设 计 的 单 晶 片 , 中 央 处 器 是 Microchip PIC16C57c [13],运算速为 20 MHz.这个 微处器是一个 8-bit 处器,内有 32 bytes 的快取记忆体(6 bytes 给 I/O 使用,26 bytes 给 程式中的变使用),2 Kbytes 的 EEPROM. 超音波装置的部份,我们采用 Devantech 公司 [14]的 SRF04 Ultrasonic Range Finder.我们总 共安装四颗於辆的前,后,左与右方,用以 侦测辆四个方向的障碍物. BASIC Stamp 2 除负责所有资上的 计算处 还需要负责处控制控制 RC Servo , 马达 由於 BASIC Stamp 2 所输出之控制讯号 . 为位讯号,直接用控制 RC Servo 马达 时 所需要的庞大指会造成 BASIC Stamp , 2 程式执上的负担.因此,我们用 Parallax 公司的 Servo Controller Rev. B 作为控制 RC Servo 马达的媒介.我们用 BASIC Stamp 2 藉由传送讯息命 Servo Controller 给予 RC Servo 马达同的脉冲电(Pulse) 达到控 , 制 RC Servo 转动的目的,其硬体架构与讯号 控制程如下图三所示.

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