煤矿巡检机器人控制系统设计

Abstract

针对传统煤矿巡检机器人控制系统多采用裸机程序进行控制，导致实时性差、数据易丢失等问题，设计了一种基于QT和RT−Thread的煤矿巡检机器人控制系统。该系统按照功能划分为上位机−人机交互控制台和下位机−微控制器2个部分。利用QT软件开发了巡检机器人控制系统上位机，为用户提供人机交互界面，完成对巡检机器人的远程控制，显示传感器数据与报警记录，提升了人机交互性能；利用RT−Thread实时操作系统开发了巡检机器人控制系统下位机，通过线程调度器以时间片轮转方式调度传感器数据采集、以太网通信、雷达信号处理、指示灯报警等线程任务，实现了机器人自动巡检过程中多线程任务之间的宏观并行，提高了控制系统实时性；在控制系统中设计环形队列数据缓冲区，解决上下位机之间运行时钟不同步引起的数据丢失问题，并通过引入内核对象信号量对环形队列数据缓冲区进行优化，解决线程任务间的资源互斥问题，实现上下位机之间数据长时间稳定、可靠传输。测试结果表明，该系统线程切换延迟时间平均值为1.08 μs，在数据传输周期为100 ms时的数据丢失率仅为0.06%，具有很高的实时性，且线程切换过程稳定性好，保证了大量数据快速传输时的可靠性。