吸塵機器人控制系統電路設計 —電路圖天天讀（48）

　　清潔機器人是服務(wù)機器人的一種，可以代替人進(jìn)行清掃房間、車(chē)間、墻壁等。提出一種應用于室內的移動(dòng)清潔機器人的設計方案。其具有實(shí)用價(jià)值。室內清潔機器人的主要任務(wù)是能夠代替人進(jìn)行清掃工作，因此需要有一定的智能。清潔機器人應該具備以下能力：能夠自我導航，檢測出墻壁，房間內的障礙物并且能夠避開(kāi)；能夠走遍房間的大部分空間，可以檢測出電池的電量并且能夠自主返回充電，同時(shí)要求外形比較緊湊，運行穩定，噪音??；要具有人性化的接口，便于操作和控制。結合清潔機器人主要功能探討其控制系統的硬件設計。

　　傳統的微處理器如51系列雖然開(kāi)發(fā)周期短，成本低，但其實(shí)時(shí)性不好，難以實(shí)現復雜的控制算法；另外，增加的外圍電路數據轉換速度慢，使機器人的性能得不到充分的發(fā)揮。高速DSP的出現雖然使得系統模塊化和全數字化，但其開(kāi)發(fā)成本高。與DSP具有同等性能的ARM微處理器資源豐富，具有很好的通用性，其主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是高性能，低價(jià)格，低功耗，廣泛地應用于各個(gè)領(lǐng)域，因此將ARM應用于機器人控制系統不失為一種好的策略。LPC2210是飛利浦帶有一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S微處理器，其采用3級流水線(xiàn)技術(shù)，能夠并行處理指令。由于具有非常小的尺寸和極低的功耗，多個(gè)32位定時(shí)器、PWM輸出和32個(gè)GPIO使它特別適用于工業(yè)控制和小型機器人系統，滿(mǎn)足了機器人對控制器運算速度的要求。以L(fǎng)PC2210為核心。設計結構簡(jiǎn)單，性能穩定的清潔機器人車(chē)體系統。

　　紅外接近傳感器電路設計

　　反射式光電開(kāi)關(guān)是由紅外LED光源和光敏二極管或光敏晶體管等光敏元件組成，當有障礙物阻攔時(shí)光線(xiàn)能夠反射回來(lái)，輸出為低電平信號；當沒(méi)有障礙物阻攔時(shí)，光線(xiàn)不能反射回來(lái)，輸出為高電平信號。吸塵機器人的近距離紅外接近傳感器由兩組相同的紅外發(fā)射、接收電路組成。每一組電路可分為高頻脈沖信號產(chǎn)生、紅外發(fā)射調節與控制、紅外發(fā)射驅動(dòng)、紅外接收等幾個(gè)部分。通過(guò)38kHz晶振和非門(mén)電路得到一個(gè)38kHz的調制脈沖信號；利用三極管驅動(dòng)紅外發(fā)射管（TSAL6200）的發(fā)射。發(fā)射管發(fā)出的紅外光經(jīng)物體反射后被紅外接收模塊接收。通過(guò)接收頭（HS0038B）內部自帶的集成電路處理后返回一個(gè)數字信號，輸入到微控制器的I／O口，如圖3所示。接收頭如果接收到38kHz的紅外脈沖就會(huì )返回輸出低電平，否則就會(huì )輸出高電平。通過(guò)對I／0口的檢測，便可以判斷物體的有無(wú)。

　　兩種電機控制系統電路設計

　　在小功率系統中，直流電機線(xiàn)性特性良好，控制性能優(yōu)越，適合于點(diǎn)位和速度控制。為了實(shí)現直流電機的正反轉運行，只需要改變電機電源電壓的極性。電壓極性的變化和運行時(shí)間的長(cháng)短可以由處理器實(shí)現，而提供直流電機正常運行的電流則需要驅動(dòng)電路。

　　H橋式驅動(dòng)電路是比較常用的驅動(dòng)電路。該設計兩個(gè)行走驅動(dòng)電機采用分立器件功率場(chǎng)效應管和續流二極管搭建，成本低，便于散熱，如圖所示。

　　用ARM7的P0．8和P0．9來(lái)控制電機，這兩個(gè)管腳都是PWM輸出管腳，可以控制電機的速度。該部分主要保證機器人能夠在平面內移動(dòng)，同時(shí)輪上帶有編碼器，可以對行走的路程進(jìn)行檢測。通過(guò)航位推算可以實(shí)現機器人的轉彎，假設機器人光電碼盤(pán)的分度數為N；控制器收到的脈沖數為m；輪子的直徑為D；兩個(gè)輪子之間的間距為W，則輪子前進(jìn)的距離即可算得。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評分析：

　　清潔機器人作為服務(wù)機器人的一種，有著(zhù)巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的應用前景。隨著(zhù)傳感技術(shù)的發(fā)展和微處理器的不斷進(jìn)步，價(jià)格也在不斷下降。在此研究和設計一個(gè)基于A(yíng)RM7微處理器的清潔機器人控制系統，不僅滿(mǎn)足了實(shí)用性的要求，而且在不增加成本的基礎上為軟件提供了良好的硬件支持，為更好的算法和軟件升級提供良好的技術(shù)支持。若讀者對機器人技術(shù)感興趣，不妨多探討一下未來(lái)發(fā)展趨勢以及最新革新技術(shù)走勢等等。
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