基于無(wú)線(xiàn)通信的嵌入式機器人控制系統電路設計

　　輪式移動(dòng)機器人是機器人研究領(lǐng)域的一項重要內容，它集機械、電子、檢測技術(shù)與智能控制于一體，是一個(gè)典型的智能控制系統。智能機器人比賽集高科技、娛樂(lè )、競技于一體，已成為國際上廣泛開(kāi)展的高技術(shù)對抗活動(dòng)。

　　 無(wú)線(xiàn)通信接口設計

　　系統采用迅通公司生產(chǎn)的PTR2000無(wú)線(xiàn)通信數據收發(fā)模塊。電路接口如圖2所示。該模塊基于NORDIC公司生產(chǎn)的射頻器件nRF401開(kāi)發(fā)，其特點(diǎn)是：①有兩個(gè)頻道可供選擇，工作速率高達20 Kb／s；②接收發(fā)射合一，適合雙工和單工通信，因而通信方式比較靈活；③體積小，所需外圍元件少，接口電路簡(jiǎn)單，因此特別適合機器人小型化要求；④可直接接單片機串口模塊，控制簡(jiǎn)單；⑤抗干擾能力強；⑥功耗小，通信穩定。

　　超聲波測距傳感器設計與實(shí)現

　　兩路超聲波傳感器用以控制機器人避開(kāi)障礙物，并預測機器人相對目的地距離，起導航作用，其接收部分與微控制器的捕獲和定時(shí)管腳相連接。整個(gè)超聲波檢測系統由超聲波發(fā)射、超聲波接收和單片機控制等部分組成。發(fā)射部分由高頻振蕩器、功率放大器及超聲波換能器組成。經(jīng)功率放大器放大后，通過(guò)超聲波換能器發(fā)射超聲波。

　　圖5給出由數字集成電路構成的超聲波振蕩電路，振蕩器產(chǎn)生的高頻電壓信號通過(guò)電容C2隔除掉了信號中的直流量并給超聲波換能器MA40S2S。其工作過(guò)程：U1A和UlB產(chǎn)生與超聲波頻率相對應的高頻電壓信號，該信號通過(guò)反向器U1C變?yōu)闃藴史讲ㄐ盘?，再?jīng)功率放大，C2隔除直流信號后加在超聲波換能器MA40S2S進(jìn)行超聲波發(fā)射。如果超聲波換能器長(cháng)時(shí)間加直流電壓，會(huì )使其特性明顯變差，因此一般對交流電壓進(jìn)行隔除直流處理。U2A為 74ALS00與非門(mén)，control_port（控制端口）引腳為控制口，當control_port為高電平時(shí)，超聲波換能器發(fā)射超聲波信號。

　　圖6示出為超聲波接收電路。超聲波接收換能器采用MA40S2R，對換能器接收到的信號采用集成運算放大器LM324進(jìn)行信號放大，經(jīng)過(guò)三級放大后，通過(guò)電壓比較器LM339將正弦信號轉換為T(mén)TL脈沖信號。INT_Port與單片機中斷管腳相連，當接收到中斷信號后，單片機立即進(jìn)入中斷并對超聲波信號進(jìn)行處理和判斷。

　　根據競技機器人的功能要求進(jìn)行總體設計，將各個(gè)功能進(jìn)行模塊化，其控制系統硬件框圖如圖所示。中央處理器采用微控制器結構，用以控制外圍設備協(xié)調運行。舵機控制機器人的運動(dòng)方向；驅動(dòng)電機電動(dòng)機采用輸出軸配有光電編碼器的小型直流電機驅動(dòng)車(chē)輪旋轉。電磁鐵作為機械手夾緊的執行元件。設置了兩路超聲波傳感器、8路光電檢測輸入和8路開(kāi)關(guān)量檢測接口。