導購機器人控制系統電路設計 —電路圖天天讀（49）

　　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。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。

　　系統主板與傳感模塊

　　關(guān)于電源，系統采用12V鋰電池供電，采用三端正電壓調節器調節電壓。內部集成功率保護。輸出電流可以達到1A。輸入耐壓可以到達30V。提供充電接口，通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，電路板上留有接口，可以對鋰電池進(jìn)行充電。定位裝置采用射頻技術(shù)。從信息傳遞的基本原理來(lái)說(shuō)，射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型（雷達發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機）。最基本的RFID系統由三部分組成：標簽、閱讀器、天線(xiàn)。按作用距離可分為密耦合卡（作用距離小于1厘米）、近耦合卡（作用距離小于15 厘米）、疏耦合卡（作用距離約1米）和遠距離卡（作用距離從1米到10米，甚至更遠）。本系統采用近耦合卡。射頻模塊與2812的SCIA口進(jìn)行通訊。通過(guò)對數據流進(jìn)行解碼，判斷機器人的位置。

　　接著(zhù)是紅外避障模塊。一般機器人的避障可以采用紅外反射的方法，這在機器人比賽中比較普遍。GPIO控制紅外線(xiàn)的發(fā)射，然后如果遇到障礙物會(huì )反射回來(lái)，接收管子收到光線(xiàn)后引起電阻變化，檢測其電阻變化就可以判斷是否有障礙物了。但是這種方法容易受到光噪聲的干擾。所以距離比較近，一般只能達到2-3cm。本人在多次比賽中，經(jīng)過(guò)查資料和研究，提出了一種使用標準高頻信號38KHZ的紅外線(xiàn)進(jìn)行障礙的探測的電路。因為使用高頻信號和高頻運放，有了一定的抗干擾能力，同時(shí)探測的距離的最大提高到8cm。首先，通過(guò)555發(fā)射紅外線(xiàn)。接著(zhù)，信號通過(guò)紅外接收管后經(jīng)過(guò)隔直電容，送入高頻運放LM318N。然后，經(jīng)過(guò)50倍的放大。

　　圖 1 555發(fā)射電路

　　圖 2 頻率識別電路

　　圖 3 檢測放大電路

　　LM567是鎖相環(huán)電路， 8腳雙列直插封裝。第5、6腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率。1、2腳通常分別通過(guò)一個(gè)電容器接地，產(chǎn)生輸出濾波網(wǎng)絡(luò )和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò )。2腳接的電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。壓控振蕩器的中心頻率和濾波帶寬可由式?jīng)Q定。

　　 （4） （其中Vi為輸入電壓）

　　然后是電子羅盤(pán)模塊。CMPS03 電子羅盤(pán)是平面角度傳感器。通過(guò)檢測當前傳感器與地球磁場(chǎng)直接的角度，電子羅盤(pán)可以獲得分辨率為0.1度的絕對旋轉角度。這個(gè)電子羅盤(pán)模塊是專(zhuān)門(mén)為機器人而制造，目的為了給機器人提供合適的方向導航信號。對于任何方向，都可以生成獨一無(wú)二的編碼。該傳感器使用PHILIPS的KMZ51地磁感應芯片，其精度很高。有兩種輸出方式，第一種：I2C方式，由Pin2（SCL）和Pin3（SDA）輸出。Pin7和Pin5必須懸空。Pin6用來(lái)進(jìn)行校正。這些管腳都接到主板上，由于模塊是5V供電，而DSP是3.3V所以還需要用74LVC245進(jìn)行電平轉換。通過(guò)2812的GPIOB通過(guò)Pin6對系統進(jìn)行校正。校正只需要做一次，因為數據會(huì )保存在電子羅盤(pán)中的PIC單片機的EEPROM。第6腳有一個(gè)上拉電阻。進(jìn)行校正只需要通過(guò)GPIO給Pin6一個(gè)負相脈沖，而且因為有上拉電阻，所以，此管腳與系統斷開(kāi)也是可以的。

　　最后是系統的驅動(dòng)模塊的設計。采用L298芯片。比較常見(jiàn)的是15腳MulTIwatt封裝的 L298N，內部同樣包含4通道邏輯驅動(dòng)電路。L298內含的功率輸出器件設計制作在一塊石英基片上，由于制作工藝的同一性，因而具有分立元件組合電路不可比擬的性能參數一致性，工作穩定。15腳是輸出電流反饋引腳，其它與L293相同。在通常使用中這兩個(gè)引腳也可以直接接地。它是高電壓的，高電流的雙全橋驅動(dòng)芯片?？梢灾苯咏邮軜藴实腡TL邏輯電平?？梢则寗?dòng)各種負載如電機，繼電器等。有兩個(gè)使能輸入，通過(guò)它控制PWM波的有效性。L298集成有兩個(gè)能量輸出塊A，B。另外，我們設計的板子上加有續流二極管?！　?/p>

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評分析：

　　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。
大家如有問(wèn)題，歡迎在評論處討論。

——電子發(fā)燒友網(wǎng)整理，轉載請注明出處！