试题五

服务型智能扫地机器人因其低廉的价格和高效的工作能力，越来越受到消费者的认可，目前已逐渐进入家庭生活代替人们的清洁工作，具有广阔的市场。

服务型智能扫地机器人需要具有自主运动规划和导航功能，在其工作过程中，需要通过对环境信息的融合感知进行行为决策。扫地机器人一般具备的主要功能包括∶

（1）紧急状态感知∶ 包括碰撞检测、跌落检测和离地检测等功能，防 止上与障碍物碰撞、前方台阶跌落危险以及扫地机器人离地等，实现扫地机器人运动中的自我保护。

（2）姿态感知∶包括运动里程计数和航向测量等功能，需要获取扫地机器人的运动速度、行走距离、航向角度等信息。

（3）视觉感知∶包括单目视觉避障系统和单目视觉定位系统等，需要通过视觉信息探测障碍物，视觉信息来自两个单目摄像头系统。在某些设计中。也可结合红外测距传感器进行障碍物探测。

（4）自动充电∶在工作过程中，需要实时监控扫地机器人的电量，且在电量少于一定阈值时自动返回电源处进行充电。

（5）扫地及吸尘单元∶使用电机控制刷子实现清扫，使用抽灰电机实现吸尘。（6）运动执行∶对机器人的运动进行控制。

（7）监控系统∶通过无线网络传递扫地机器人的状态数据及视频图像等信息到远程客户端，客户端参与到扫地机器人的运动监视及控制中，实现信息交互，监控扫地机器人的实时状态。客户端包括 PC客户端和手机客户端两种。

（8）信息处理中心∶用于接收各种传感器信息和视觉信息，通过分析处理进行扫地机器人的运动控制，且负责和后台监控中心通信。

服务型智能扫地机器人选用 ARM+STM32 双核架构模式，分别处理数据量较大的图像信息和短促型的非图像信息。STM32选用STM32F103VET6芯片，用于实现非图像以外的众多传感器的驱动以及数据采集，并控制车轮电机的运动;ARM选用S5PV210处理器实现摄像头图片的采集、在监控系统中接入无线网络、对 STM32 串口传过来的传感器数据以及图像定位和避障信息做综合处理，生成运动决策，发送给STM32，执行扫地机的前进、后退、转弯等。

（2）数据位8位、起始位1位、停止位1位，无校验位，累积的最大误差为（8+1+1）△，该值应小于1/4位，即（8+1+1）△≤1/4，所以最大误差为2.5%。

本题主要考察串行通信中的数据传输和时钟同步问题。
（1）首先，根据波特率的定义，即每秒传输的数据位数，计算每秒钟传送的有效数据字节数。在给定波特率为9600b/s的情况下，每秒钟传送的数据位数为9600位，由于每个字节包含8位数据位，所以每秒钟传送的有效数据字节数为960字节。
（2）其次，分析发送方和接收方的时钟误差范围。为了保证数据收发正确，需要考虑数据传输过程中的累计误差。每个数据包包含8位数据位、1位起始位和1位停止位，共（8+1+1）位。如果每个字节数据传输中的累计误差不大于1/4位，那么最大误差时间应小于等于（累计位数）/波特率秒。换算成最大误差波特率后，得到最大误差不超过发送波特率的千分之十二。由于时钟误差是相对的，因此发送方和接收方的时钟最大误差范围应相同，且不超过波特率的千分之十二，以百分比形式表示即为最大误差不超过±%。