RFID導購機器人導航與控制系統的設計研究

本文采用了無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)、紅外線(xiàn)距離傳感技術(shù)和地磁感應電子羅盤(pán)相結合的方法，設計出了一種基于DSP控制的信息融合的自主移動(dòng)的機器人的導航與控制系統。
并且在設計的過(guò)程中根據實(shí)際情況的需要，對傳統的紅外避障傳感器進(jìn)行了一些改進(jìn)，同時(shí)，對信息融合狀態(tài)下的DSP系統的驅動(dòng)架購設計，作出了一些研究和論述。給出了小型機器人的運動(dòng)控制的驅動(dòng)電路的設計。最后，對這種架構下的自行設計出來(lái)的機器人，在超級市場(chǎng)中進(jìn)行了實(shí)際的穩定性測試。

1前言

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人民生活水平提高，機器人已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活中。這個(gè)時(shí)代的來(lái)臨，出現了各種新型機器人，如清掃機器人、安防機器人。移動(dòng)機器人的最重要的部分之一：導航系統，更加引起機器人領(lǐng)域的關(guān)注。機器人導航系統對許多機器人應用領(lǐng)域至關(guān)重要如：智能倉庫，超市導購，家用機器人，自動(dòng)化圖書(shū)館，智能醫院等。比較普遍的是尋線(xiàn)機器人。作者在讀研期間，多次參加這類(lèi)機器人比賽和設計。實(shí)際設計中發(fā)現：因為受到固定線(xiàn)的限制，這種體系并不能實(shí)現真正意義上的全方位的自主運行。另外，這種方法受到光的影響很大，不能實(shí)際的應用與生活中。線(xiàn)在地表也會(huì )影響地面美觀(guān)。在經(jīng)過(guò)充分的文獻查找和思考后提出了一種新的機器人導航系統，把RFID，地磁感應，DSP等技術(shù)融合。進(jìn)行了實(shí)際的系統硬軟件設計和穩定性測試。

2 導航硬件系統

我們開(kāi)發(fā)的硬件系統主要由：DSP核心板,RFID板,系統主板，電子羅盤(pán)，驅動(dòng)板構成。

2.1 DSP核心板

我們自行設計的DSP系統采用TMS320F2812為核心，2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性?xún)r(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片。核心采用高速的處理機，主要是考慮以后對于系統的二次開(kāi)發(fā)。以及方便算法的移植。指令系統最高可在150MHZ主頻下工作，并帶有18k的0等待周期片上SRAM和128k片上存取時(shí)間為36ns FLASH。其片上外設主要包括ADC、雙SCI、SPI、McBSP、eCAN等，并帶有事件管理模塊（EVA、EVB），分別包括6路PWM/CMP、2路Q(chēng)EP、3路CAP、2路16位定時(shí)器。其中的雙SCI可以一路接傳感器一路接PC及時(shí)輸出調試信息。16位的PWM可以實(shí)現精細的調速。CAP等方便了與傳感器的接口。最大輸入為3V的16路、12位,轉換時(shí)間為80ns的ADC可以同時(shí)接16路距離傳感器。2812擁有16×16位雙乘法累加器，可以為處理射頻和地磁方向信號提供足夠的處理速度。由于2812核心電壓（1.8V）和起振頻率的特殊性，此核心板采用無(wú)源晶振。

核心板采用TPS767D318雙路輸出低壓降LDO。提供雙電源，保證了核心電壓1.8V的穩定供給。TPS767D318有高速的瞬態(tài)響應，專(zhuān)用于DSP，最大可以提供1A的電流?？梢詫?shí)現對IO和核心的分時(shí)復位。有上電復位功能，低壓保護功能，其復位延遲時(shí)間為200ms。有過(guò)熱保護功能。最大功率計算可以用式1計算。

(1)

其中TJMAX是最大允許溫度，根據經(jīng)驗一般TPS767D318為125度左右。TA是環(huán)境溫度。 RθJA是連接阻抗。對于28管腳通常為27.9°C/W。實(shí)際的功耗可由式2計算，其中VI和VO分別為輸入輸出電壓，IO為輸出電流。

(2)

在外圍電壓濾波方面采用多級坦電容（104和220uF）并聯(lián)的方式。這樣的設計可以產(chǎn)生低ESR的效果。根據經(jīng)驗，在頻域，104能極大的濾除高頻干擾，而220uF能夠最佳程度的降低電壓的低頻干擾。