針對大功率電磁干擾環(huán)境下以及復(fù)雜煙霧條件下的排爆機(jī)器人作業(yè)時的通信控制問題，提出了一套集無線通信、紅外通信、激光通信于一體的多手段綜合無線通信系統(tǒng)。并對各通信方式采取了多項(xiàng)改善措施以提升通信效果：一是采用功耗低的2.4 GHz 頻段無線通信，以提高無線射頻的抗干擾能力；二是使用大功率紅外發(fā)射管設(shè)計(jì)了大功率紅外發(fā)射電路，利用反射鏡與凸透鏡凝聚紅外光束，在接收端使用多接收器旋轉(zhuǎn)陣列的方式多方向采集信號并利用遮光罩屏蔽雜散光線，從而提升紅外通信距離；三是利用視頻標(biāo)注的方式解決激光通信對準(zhǔn)的難題。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路良好的通信效果，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，并為類似的工程項(xiàng)目提供了參考。當(dāng)前國際恐怖活動多發(fā)，且以爆炸襲擊居多，因此爆炸物的排除成了一項(xiàng)重要工作內(nèi)容［1］。目前的排爆方式主要有人工排爆和機(jī)械排爆兩種。但二者均存在一些缺點(diǎn)：人工排爆對心理素質(zhì)、操作技術(shù)要求高，很難在短時間內(nèi)完成對爆炸物的識別和處理；機(jī)械排爆是將爆炸物放入防爆罐后運(yùn)至安全地帶進(jìn)行起爆處理，但在運(yùn)輸途中爆炸物狀態(tài)不穩(wěn)定、易發(fā)生危險。因此，在反爆炸恐怖活動中迫切需要一種安全的現(xiàn)場排爆裝備。對此，本文設(shè)計(jì)出一種利用水刀進(jìn)行排爆的遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人。這種排爆機(jī)器人可讓排爆人員在安全距離外遠(yuǎn)程遙控完成對爆炸物的切除銷毀，使爆炸物在喪失爆炸威力的前提下盡可能保留原貌，以利于后續(xù)工作的開展。但這種設(shè)計(jì)存在一個問題，就是在排爆現(xiàn)場通常會放置大功率電磁干擾儀或屏蔽器以屏蔽外來信號遙控啟動炸彈，這種干擾也會讓水刀排爆機(jī)器人的遠(yuǎn)程遙控信號遭受影響。因此本文將水刀排爆機(jī)器人的遠(yuǎn)程遙控通信設(shè)計(jì)成一套集無線通信、紅外通信、激光通信于一體的多手段綜合無線通信系統(tǒng)，成功解決了排爆機(jī)器人在復(fù)雜電磁環(huán)境下的通信問題，最后完成了詳細(xì)電路設(shè)計(jì)以及加工調(diào)試并做出了實(shí)物。

　　1、綜合通信設(shè)計(jì)

　　在大磁場干擾環(huán)境下或者煙霧狀態(tài)下，為了保證水刀排爆機(jī)器人的拆彈任務(wù)順利實(shí)施，本文在使用基礎(chǔ)無線遙控通信方式的同時還使用了紅外通信以及激光通信的方式共同配合，實(shí)現(xiàn)了多手段綜合無線通信。圖1即為多手段綜合無線通信系統(tǒng)的原理框圖。各通信方式的使用模式可以概括如下：在通常模式下控制水刀排爆機(jī)器人行走、移動、測試作業(yè)等操作主要依賴無線通信，因?yàn)闊o線通信無需對準(zhǔn)控制，操作方便。一旦機(jī)器人進(jìn)入大電磁干擾環(huán)境中，則需要借助于光學(xué)通信手段。如果距離近則使用紅外通信，因?yàn)榧t外通信折射性好，發(fā)射角度大、范圍廣，無需精確對準(zhǔn)即可通信。但是如果距離較遠(yuǎn)或者現(xiàn)場有煙霧存在，則需使用激光通信，激光通信傳播距離遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，但發(fā)散角小，需要精確對準(zhǔn)方可通信。在嵌入式程序中將三者的通信協(xié)議統(tǒng)一起來，使用相同的信號標(biāo)志位、校驗(yàn)碼以及加密方式進(jìn)行綜合編程，實(shí)現(xiàn)信號的同步發(fā)射、復(fù)合接收。即三者的信號同時發(fā)出，但只要有一路到達(dá)接收方即可實(shí)現(xiàn)通信，從而使得通信更為寬泛靈活。

　　1.1、無線通信設(shè)計(jì)

　　遠(yuǎn)程遙控的無線通信采用抗干擾能力強(qiáng)、功耗低的2.4 GHz頻段進(jìn)行設(shè)計(jì)［2］，使用SX1212單芯無線芯片。該芯片工作電壓為 2.1 V~3.6 V，發(fā)射功率能達(dá)到+12.5 dBm，典型接收電流為2.6 mA，并且該芯片包含了射頻功能和邏輯控制功能，同時集壓控振蕩器、鎖相環(huán)電路、功率放大電路、低噪聲放大電路、調(diào)制解調(diào)電路、變頻器、中放電路等于一體。無線通信芯片與核心處理器之間通過串口進(jìn)行透傳通信。雖然該設(shè)計(jì)具有傳輸距離遠(yuǎn)、接收靈敏度高、功耗低、穿透能力與繞射能力都相對較強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是在大磁場干擾環(huán)境下，2.4 GHz波段的電磁波由于波長較短，繞過障礙物的能力和穿透能力就會被大大削弱。2.4 GHz的遙控通信采用跳頻通信技術(shù)，雖然能解決多臺設(shè)備同時使用時相互干擾的問題，但由于其頻率帶寬通常只有8 MHz，不能解決外部侵入信號的干擾問題，因此需要引入光學(xué)通信。

　　1.2、紅外通信設(shè)計(jì)

　　紅外通信雖然不受電磁干擾的影響，但是傳輸距離相對較近［3-5］。因此本文采用了3種措施來改善紅外通信距離：一是增大發(fā)射方的發(fā)射功率，采用950 nm近紅外波段的3 W大功率紅外線發(fā)射管設(shè)計(jì)了大功率紅外發(fā)射電路；二是在發(fā)射端采用反射聚光與凸透鏡聚光相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)光束凝聚發(fā)射；三是在接收端采用遮光罩設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對外界雜散光和太陽光的屏蔽，并將6 個接收管使用旋轉(zhuǎn)陣列的方式接收，從而保證接收端在360°方向都能接收到發(fā)射信號。在試驗(yàn)中通過這3種措施，成功將紅外遙控的距離從30 m提高到了100 m。紅外電路設(shè)計(jì)采用PT2262、PT2272兩款芯片來完成光波發(fā)射與接收的編碼與解碼。這兩款芯片功耗低，使用方便。對完成 ASK調(diào)制，相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。

　　1.3、激光通信設(shè)計(jì)

　　激光的頻率相對單純，容易調(diào)制，而且光束散開角小，方向性極好，穿透能力強(qiáng)，是一種理想的遠(yuǎn)距離通信手段［6-7］。但是由于激光方向性太強(qiáng)，所以在實(shí)施通信操作時需要將發(fā)射端對準(zhǔn)接收裝置，否則通信將會中斷。因此為了解決這一問題，本文在手持發(fā)射器的前端放置一個可變焦攝像機(jī)，可將圖像顯示在手持發(fā)射器的屏幕上，對激光光束射出以后所在圖像中的位置進(jìn)行校對，并以十字叉線的方式予以標(biāo)注，從而有效解決了激光的對準(zhǔn)難度大的問題。