王松 　陈珂　许哲　高鹏

摘要：本设计以STM32系列处理器为核心控制单元，结合uC＼OS-II操作系统、传感器技术及无线通信技术，建立了基于嵌入式技术的可通过远程遥控的可模拟交警手势的机器人。实践证明，该系统具有功能丰富，高可靠性等优点，具有一定的实用价值。

Abstract： This design takes the STM32 series processor as the core control unit. Combined with the uC＼OS-II operating system， the sensor technology and wireless communication technology， the robot can simulate the traffic police gestures that controlled by remote on the basic of embedded technology is established. Practice has proved that the system has the advantages of rich functions， high reliability and so on， it has a certain practical value.

关键词：嵌入式；机器人；STM32

Key words： embedded；robot；STM32

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）05-0165-02

0 引言

随着经济社会发展，车辆、驾驶人和道路增长迅速，全国公安交警警力的增长严重滞后于公路、机动车和驾驶人的增长。公安交通管理部门及交警承担着大量的执法和管理任务。由于警力严重不足，公安交警经常加班加点，长期超负荷工作，得不到及时的休息和调整。此外，由于受噪音、汽车尾气污染等影响，许多交警身心疲惫，积劳成疾。交警队伍中患病人员数量大量增加，患病类型日益多样化，总体发病率和平均单病发病率逐年上升。交警英年早逝、猝死在工作岗位上的现象时有发生，交警这一职业也因此被称为“三高”（即高污染、高强度、高风险）职业。

针对这一现象，智能交通系统是交通事业发展的必然选择，是交通事业的一场革命。因此，本项目通过机器人模拟交警来完成指挥交通的工作，即设计一款“基于多任务系统的模拟交警手势机器人”。此设计比传统的交通技术和手段更适应经济社会发展的要求，节约大量的人力资源，不仅可以高效改善交通指挥现状，并且可以提高交警的工作效率、生活质量等，交警可直接在指挥中心通过无线模块控制机器人以完成各项操作。

1 手勢机器人的基本结构

由于长期超负荷工作，许多交警身心俱疲，积劳成疾，因此智能交通系统是交通事业发展的必然选择，使用机器人代替交警来完成指挥交通的工作也是未来智能交通的主要发展趋向。本文介绍的基于多任务系统的模拟交警手势机器人是以STM32为控制核心，机器人由13个舵机组成，手臂为主要转动关节，为高自由度机器人。机器人执行部分与交管中心的控制部分之间采用无线通信，在控制端发送执行的手势，机器人端自动完成。同时机器人身上装有ov7670摄像头模块，可实时采集路况信息。温湿度传感器等可采集天气信息并发送给交管中心。uC/OS-II多任务操作系统可使机器人的工作效率更高，采集天气情况的同时采集路况信息，并进行无线发送。

2 系统工作原理

本设计是一套基于多任务系统的模拟交警手势机器人。当交管中心的管理人员按下相应控制按键时，手势机器人可以执行此次按键的相应手势动作（即交警指挥交通的手势动作之一），共8个按键可执行交警的8个程序。同时，交管中心处可以实时显示手势机器人通过摄像头采集到的当前的路况信息，并将当前空气中的温湿度数据发送到交管中心进行显示。

3 系统设计基本思路

本设计是一款是可以完全代替交警指挥交通的手势机器人，模拟交警手势机器人分为机器人和控制中心两部分。工作人员只需在交管中心就可完成手势机器人的各项控制功能。当按下某一手势按键时，通过nRF24L01无线通信模块可发送当前的数据进行进行无线发送，当手势机器人接收到当前的数据后，就可以执行此按键所代表的任一动作。我们为不了解手势含义的人添加了屏幕显示手势含义的功能，更加人性化。在手势机器人身上加装各项传感器，可使其具有更多更实用的功能，如加装了温湿度传感器，可检测当前的天气情况，并进行数据反馈，如果需要可将当前温度及湿度显示在路面处的显示屏上等，以完成交通的智能化控制。图1所示为手势机器人基本结构示意图。

4 芯片的选型

主控芯片采用STM32系列处理器，STM32系列处理器是一种极高性能的高速处理芯片，可以实现全面高速的控制。以多任务操作系统为平台，使机器人的各个动作和各个功能并发完成。用丰富的定时器产生多路PWM信号以驱动舵机完成转动，实现对角度精确控制，从而完成用机器人模仿交警手势的动作。

本项目采用nRF24L01无线模块完成指令与信息的传输，nRF24L01无线模块具有极低功耗、传输距离远、抗干扰能力强等特点，实现了对其传输效率的极大利用。摄像头模块ov7670实现了对车辆和路况信息的实时采集。将摄像头模块ov7670与nRF24L01无线模块两者结合，可将当前路况信息实时传送并显示在交管中心的显示屏上，完成及时有效的管理。

此外，还具有检测温湿度大小和是否降雨等环境因素，并提供解释手势含义等功能，更加人性化。

5 具体实施方案

根据以上设计方案，装配一架以舵机为轴的高自由度机器人，可完全实现智能手势机器人的基本控制功能。

模拟交警手势机器人分为机器人和控制中心两部分。控制中心可以通过按键远程控制机器人在岗位上指挥交通，当控制中心处按下相应按键时，通过nRF24L01无线通信模块将按键对应的数据进行无线发送；另外，控制中心处可接收机器人处发送的当前路面信息，包括温度、湿度等，并在显示屏上观察到。

而当手势机器人处接收到控制中心处的无线信号后，可执行按键对应的手势操作，手势机器人不仅可以执行单一动作，另外，也可设置机器人自动重复所有动作。本设计结合uC/OS-II多任务操作系统，使机器人的各个动作和各个任务同时完成。通过无线方式通信，也避免了传统有线控制布线的所带来的麻烦。

6 系统实验数据分析

为检验系统工作是否稳定、可行，本小组对演示平台做了3次实验。每次实验都对各个按键进行试验。在实验中，无线通信模块能够准确的传输数据信息，各个功能模块均正常工作，机器人运行正常，可以完成交警指挥交通的基本动作。

7 适用范围及推广前景

此设计比传统的交通技术和手段更适应经济社会发展的要求，节约大量的人力资源，不仅可以高效改善交通指挥现状，并且可以提高交警的工作效率、生活质量等，交警可直接在指挥中心通过无线技术控制机器人的各项操作。

除此以外，可将模拟交警手势机器人结合交通信号，代替交警指挥交通。这样可实现完全自动化，无需人的手动控制，只有在特殊情况下，如道路拥挤，信号灯不起作用、交通事故现场等需要交警远程控制指挥交通，这样更智能，也更方便。受益于公安部《道路交通安全“十二五”规划》、《道路交通科技发展十二五规划》等多项政策扶持，预计未来10年国内智能交通投入将在1820亿元之巨。模拟交警手势机器人经济实用，一旦投入使用将会受到很多交通部门的欢迎，其带来的经济效益将是不可估量的。

参考文献：

[1]王建超.基于虚拟现实的机器人遥操作系统设计[D].河北工业大学，2007.

[2]伍立春，王茂森，黄顺斌.基于STM32的六足机器人控制系统设计[J].机械制造与自动化，2014，05：150-153，161.

[3]王国锋，宋鹏飞，张蕴灵.智能交通系统发展与展望[J].公路，2012，05：217-222.

[4]北京教育科学研究院.无线电技术基础[M].北京：人民邮电出版社，2005.