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利用旋转led灯制作自定义的信息控制器
Dr. S. Venkannah
D. E. B. Mallet
摘要：在不可预见的情况下要实现高效的交流是非常困难的，经常会引发一些在人口安全风险方面严重的问题。这些问题可能是由于一些很简单的事实引发的，一个人想要发送一个信息但是在另一端没有那个人的接触信息。尽管网上交流遍布大多数国家，但是还有一种情况是没有及时得到需要的信息，这篇报告主要是要设计一个自主远程信息控制器（机器人）来接受和发送用GSM网上的信息.这个机器人可以用在任何时候去通知一个团体任何灾难的来临。一个被授权的人可以通过短程信息服务（SMS）发送简单的适当的代码到机器人。当机器人收到SMS，它会破译这条信息并且传达给需要地区的人。这条信息显示在360度旋转的led机器人屏上，系统没有设计去进入个人的房间但是可以通过无线电交流使机器人发送一条信息来引起房间内人的注意，该设计主要的挑战是要设计一个旋转led灯使用视觉暂留来明确显示的信息。许多信息包括对于机器人的远程控制，为障碍检测,超声波传感器电池水平指标显示和机器人,联动装置和紧急开关等。在制造系统和尽可能组件再利用而不影响系统的性能中可持续发展一直是一个重要的问题，个性化的系统可以根据客户需求，如显示可以被附加到天花板或墙壁和显示消息通过短信的要求等。
- 介绍
机器人已经从工业机器人增加了一定程度的自主性和复杂性到了服务机器人，生产灵活的系统可以更好的更有活力的与人与环境相互作用，低成本和易得到的电子元件的特点促使许多公司生产小型机器人住宅和商业使用，服务机器人将代表一个主要的机器人市场份额是未来和世界机器人技术的趋势。估计在2013到2016年,服务机器人的销量将达171亿美元,其中56亿美元为职业和个人使用，可行性研究在2007年和2008年调查了服务机器人的应用领域，发现在照顾客户的订单和服务客户方面是很有益的。他们都是通过一个中心协调处理电脑。许多自主机器人的一个关键问题就是它的定位问题，特别是对于室内移动机器人，在这个研究中，全球基于视觉的定位理论中，其定位方法是定期检测其大概的位置和一个基于rfid定位方法用于获得一个更精确的位置。另一种类型的服务机器人它还有很大的潜力，在需要的时候，操作员远程操控机器人来协助控制一些需要帮助的机器人。现在的机器人是智能的，它可以执行各种各样的任务,甚至在水下和空气中，类似于我们的感官一样，使用传感器可以识别对象。人类的援助总是可以是在一些是合理的情况下,但是在不受控制的环境的情况下机器人不会总有一个合适的情况。机器人越来越受欢迎，所以现在机器人的使用不仅局限于传统的制造业，低成本和电子元件的高可靠性促进和鼓舞着我们不断开发新的系统，创新可以帮助国家寻求和找到新的经济支柱支持国家的经济增长，发展中国家应该采取必要措施来争取新行业的相对份额，创新必须是一个教育体系中关键的一环，学生应当被鼓励培养为一个创造者而不仅是一个求职者，必须为年轻的有潜力的毕业生提供相应的设施生产设备和开发可大规模生产的系统。
小岛屿发展中国家(SIDS)是严重依赖新一代的企业家、技术企业家在新兴领域提出创新来维持经济增长的国家。有许多拥有新思想的年轻毕业生，但是由于缺乏政府的支持在做传统的工作中结束，这将为鼓励支持企业家为国家的发展创新提供新的途径。
制造企业在毛里求斯很少有涉及在研究与开发(Ramp;D)而产生的国际品牌。公司更专注吸引国际客户但是因为金融约束不专注于提高他们的生产设施，研发活动可以帮助公司创建一个身份支持他们的成长和提高在国际市场上的竞争力。该身份将帮助技术企业家创造出新的行业并创立最终能成功的中小型企业。这些中小企业更灵活,可以相对轻松的适应快速变化的消费需求，研究显示，本土企业可以受益于与大学合作，在发展中调整设备/系统但是最主要的障碍是资金。当有足够的空间和适当的大学之间的合作,特别是小岛屿发展中国家，本土公司更能开发新的自治系统支持当地行业或开发产品新的利基市场。
小岛屿发展国家的大学(SIDS)为当地居民努力提供足够的培训来支持经济增长。在这种精神鼓舞下，在90年代末毛里求斯大学推出了b Eng(荣誉)机电一体化工程项目。学生在4年全项目时间里必须在最后一年完成学习方向相关的主要项目。学生们经常能思考出一些适应当地环境的创新项目，但是一旦学生毕业就放弃了。没有支持和资金优化设计和申请专利和其他类似的程序可以帮助他们。如果对年轻毕业生提供适当的支持，他们会继续走在中小企业在新的利基领域创新的道路。
这篇论文主要介绍了一款自主设计在2013年发生的洪水预报方面的信息采集器。一场洪水震惊了全国并夺去了许多人的生命，甚至在灾难来到首都的时候，许多人还没有意识到。洪水导致了严重的交通问题，交通系统瘫痪。那些没有及时得到相关的信息的人和得到信息试图逃离到不受影响地区的人对于灾区施加了更多的压力，而机器人可以用一种方法通过远程传送消息使请求者向群众发送聚集到一个地方的消息。
机器人用来显示不同位置信息的应用要最大化的利用好机器人，机器人将不得不被搬到合适房间的显眼位置以便回应用户所传播的信息。这个机器人是为了大学里的人力资源部通知学生们的一些具体问题而设计的。老师可能没有学生的个人电话号码而不能通知到学生，以防有紧急状况的发生，目标是设计一个系统可以发送授权人要发送的信息到一些目标受众。
2.系统
这个项目的目标是设计和构建一个自主的信息控制器能够提供在远程的位置发送的信息，并将该信息发送到一个具体的房间的观众。该系统设计的目标是在一个楼层与房间走廊两边都不一定相互平行的地方操作。房间都装有门，机器人不会进入单独的房间但是会通知居住者它在房间外面等着并且有信息带给居住者。因此,该设计将由房间模块与机器人交流。每个房间可以安装一个显示连接到GSM网络但系统的成本相对较高。一个主要问题是,希望发送消息的人需要知道每个房间的电话号码，而在该系统只有房间号码需要去指定。
机器人平时在待机模式，一旦通过GSM模块接收到消息时开启开关，当自主系统接收到关于房间的信息时，机器人将自动导航到房间前。它会识别信息并停在房间前，然后发送消息到房间模块。房间模块会给用户一个视觉信号通知用户房间外的信号控制器上有关于用户的信息。用户打开门受理消息后，授权人系统也确认消息收到了。如果需要的话，产品规格和自主信息控制器将由一下子系统组成：
一.自主机器人
二.导航系统
三.显示系统
四.空间识别系统
五.通信系统
显示和自主系统将被设计作为两个独立的实体。显示系统将自我控制包括电源和微控制器。这将允许使用单独的在一个固定位置的显示器发送消息给所有在一个房间里或聚会场所的用户。
- 系统设计
每个子系统在集成之前分别有设计和测试部分。接下来的部分会讨论各子系统的主要组成部件。
- 机器人
自主机器人会在一个有人的环境下进行操作，可以预见到机器人有可能会被破坏，机器人主要部件必须完全封闭在密封良好的容器提供对机器人的基本保护。应当采取适当的措施保护所有的敏感电路和电气和电子组件。框架应该强大到足以携带显示所有机器人的其他组件。自主机器人的旋转led灯显示器在一个塑料容器中，基本组成是复合材料能够抵御冲击和变形的。显示包含在一个单独的容器中，是安全保护的基础。没有直接接触到系统的组件。面板上的发光二极管显示了操作系统的状态信息。该部分主要设计和大小选择都是为了附上所有为了显示系统而需要的电子组件。顶面将允许一些30times;30厘米配件的空间。里面将允许15厘米高天线的GPRS盾牌。后面的设计会为了有良好的视力在控制面板上。为了可持续设计,3 r(减少、重用和概念回收)是在可能的情况下实现的。废铝复合面板从当地车间商店免费获得的用作制作机器人的框架。TCRT5000reg;如果联锁显示覆盖到位,或者后面面板关闭限制交换机作为机器人检测。
微分动力转向系统上要实现该机器人的要求，该机器人需要两台驾驶发动机。差动驱动提供了比阿克曼更好的可操作性，因为它是可旋转的。对于这部分应用程序，最合适的解决方案就是使用直流电刷，这个方案需要速度控制微分舵。可以通过使用一个h桥控制PWM直流电机和旋转或逆转。L298N驱动板是一个双h桥驱动程序满足所有的驱动2直流电机需求。锂离子聚合物电池(脂肪)是用于为自主系统供电的，并就该电池的能力而言，良好的蓄电能力和可循环使用，为整个系统提供了非常理想的优点。NiMH电池自放电率很高，对于系统而言并不是很理想。铅酸电池提供了良好的特点，但其具体的功率很低，如果使用，将使系统的原型变得很重。自脂电池在细胞额定电压3.7 v,3细胞系列(3 s - 11.1 v)脂肪被使用。
不同的Arduino板相比，大型2560reg;板被发现是最合适做自主机器人的盖板的。单片机将使界面上所有不同的元件组合起来组成一台自主机器人，并使它们集成起来一同工作组成一个完整的系统。
B.导航系统
导航系统将引导机器人到目标房间和检测障碍，在它的路径中，就相当于人类的较低的四肢的作用。沿着线寻找和沿着墙寻找的方法可能比全球定位系统(GPS)更适合室内导航系统使用。然而,沿着线提供了更少的干扰，对于这个导航方法,指导将基于专用道路,相比较于沿着墙的导航，将会受到存在的门和角落的影响。另外,学生和工作人员可以看到机器人的路径。
障碍检测传感器对机器人很重要，机器人意识到障碍的出现会停止行动直到障碍被清除。传感器应该能够在机器人碰到障碍物之前探测到障碍物，并大概估计障碍物的距离。障碍大多是人类，机器人配备了一个蜂鸣器，会对在它路径之前的人发出声响。系统使用超声波的HC-SR04reg;超声波测距传感器使用40 KHz的声波。该模块包括超声波发射机,接收机和控制电路。HC-SR04reg;被选择是因为它不受光和黑色材料的影响，相比于红外传感器有更大的范围和精度以及更小的功率消耗。
TCRT5000reg;的结构紧凑发光源,一个红外LED和探测器,光电晶体管,被安排在同一个方向来感测从目标物体上发出的反射红外光束。自主机器人选用TCRT5000reg;红外传感器作为沿线导航系统的传感器。它体积小,包装紧凑和能够降低因环境光的影响的优点使它最合适的组件使用。
C.显示系统
该系统将被设计在走廊，不同的房间等地方进行操作。在这种情况下,一个固定的显示不合适用户很方便的阅读甚至找到要显示的信息。显示系统应清晰可见，并可以360度可看到，这样才能保证用户在任何位置任何角度都能很简单的阅读到信息。为了更有效率，应该是消息会自动显示在用户眼前而不是用户在寻找消息的位置。
最合适的显示方法是利用旋转led显示屏利用人类的感知限制让人觉得是一系列连续的图像。它主要由一组发光二极管,同步开关和单片机让led灯在精确的时间间隔显示，电机使led灯高速旋转。旋转led屏可以在一个圆盘配置或在一个圆柱形显示配置中。在此次设计中选择了后者，因为它显示无畸变的文本,也提供了所需的视角。这显示相比于普通的显示方法，可以任意选择想要读取的信息方向，原型板本身用作旋转，部分用于最小化旋转led显示屏的重量。玻璃纤维环氧强化板相比于合成树脂因为优越的电气和机械性能而被系统选中用作旋转。
基本安全要求是任何组件在高旋转状态下是覆盖起来并尽量减少人类受伤的风险。显示系统将使用抗撞击,透明度高,折射率低,耐泄漏的材料来保护电路防止泄漏的，并使用圆形形状360度视角可以看到。一旦外壳打开时，旋转就应该要立刻停止，所以一个限位开关来检测覆盖物的需要是必须的。
一个塑料组成的透明的盖子和容器底座来组成显示系统，旋转显示系统将完全封装在塑料容器中，容器提供一个单独的模块，基础模块将保护机器人的上层，旋转电机将被固定在底部并减少震动。
该系统选择了旋转led灯作为显示模块。因为它是唯一一个能显示清晰可见文本和可以360度视角展示的方法，它还有一个更低的能耗比的LED矩阵板。显示包含安装在另一片之上,形成一线倾斜呈一个角度theta;的8个led灯。然而应该要考虑到一个安全的方式去显示和隔离噪音，显示系统要使人看到视觉暂留现象最少需要17Hz的频率。在这个低频率闪烁是令人不安的。因此，在时间和空间效率、显示质量和可能在系统中出现的旋转速度之间必须达成一个妥协。50赫兹的频率，相当于3000 rpm,可以使用的最高速度的转动。
Led是由一边旋转板上的电池供电的，这也被用作反平衡。系统使用4.8毫米白色帽发光强度20000 mcd的led，led和电池的重量不一样导致旋转时的过度震动，系统必须通过增加重量来保持平衡，显示系统离地面的高度大概是30厘米。因此不垂直于人的视线，需要适当的略微倾斜theta;度查看，theta;的值应该较低(lt; 200)并保持在由于差异半径而存在的畸化字符的最小值。
单片机将主要负责快速切换发光二极管和自主机器人之间的无线通信。板的选择最后采用了Arduino Proreg;并符合所需的标准。因为显示系统以独立的方式运作,信息仍然需要从机器人传输显示,反之亦然。因此无线通信需要列入被旋转的元件列表，直流电刷被用于旋转led灯模块，并在1000 rpm到3000 rpm范围内有高质量显示。
显示的字符高度对于字符的可见性是很重要的，高度最低30毫米，发光二极管应将字符和点应当用一种合适的字体来显示。通过分配一个7times;5矩阵给每个字符的方法，类似的字体用于LCD字符显示。添加一个空白列来表示空格字符。因此基于所有字符采用7 x 6矩阵来构建字符的显示算法。
该算法使发光二极管在特定的时间间隔和在适当的序列点亮。led是机械扫描从左到右(逆时针旋转)。根据矩阵显示，单独的列都亮了起来。
显示字母“A”,其相应的矩阵传递到函数显示算法。一列列后，每一行的值分配给每个LED阵列的元素。符号可以很容易使用7 x6矩阵被创建
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