基于ARM7的遠(yuǎn)程機(jī)器人控制系統(tǒng)的研制

1 總體方案設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程機(jī)器人控制系統(tǒng)由機(jī)器人智能控制模塊、機(jī)器人監(jiān)視模塊、以及遠(yuǎn)程控制模塊等三部分構(gòu)成。其工作過(guò)程為遠(yuǎn)端PC機(jī)向機(jī)器人控制器發(fā)送控制命令，處理器接收到來(lái)自遠(yuǎn)端的命令，發(fā)送到控制器，控制器控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人監(jiān)視系統(tǒng)，通過(guò)視頻攝像頭抓取現(xiàn)場(chǎng)圖像，傳送到遠(yuǎn)端，在遠(yuǎn)端PC上顯示現(xiàn)場(chǎng)圖像。其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。

(1) 機(jī)器人智能控制模塊：該部分是系統(tǒng)的核心。采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠自動(dòng)運(yùn)行、處理數(shù)據(jù)，通過(guò)RS485總線管理和控制機(jī)器人監(jiān)視模塊。并且控制器通過(guò)GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能控制模塊與外部網(wǎng)絡(luò)的通訊，使用戶可以通過(guò)短信和互聯(lián)網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能控制模塊的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)，控制器還通過(guò)鍵盤和顯示屏為用戶提供人機(jī)界面，方便用戶實(shí)現(xiàn)本地控制。
(2) 機(jī)器人監(jiān)視模塊：機(jī)器人監(jiān)視模塊通過(guò)單片機(jī)組成若干小的控制系統(tǒng)控制各驅(qū)動(dòng)單元，并通過(guò)統(tǒng)一的控制總線將這些小的控制系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)，連接到機(jī)器人智能控制模塊，受機(jī)器人智能控制模塊控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文選用三星公司S3C4480芯片作為控制器的中心控制模塊，負(fù)責(zé)和GPRS通信模塊、機(jī)器人監(jiān)視模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、鍵盤、顯示屏等模塊進(jìn)行通訊以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理。主要分為兩個(gè)部分：即機(jī)器人智能控制模塊和機(jī)器人監(jiān)視模塊。
2．2 機(jī)器人智能控制模塊的硬件設(shè)計(jì)
控制器的電路設(shè)計(jì)部分主要分為如下幾個(gè)模塊：
(1)ARM處理器S3C4480的外圍電路模塊：包括電源管理、鍵盤、顯示屏以及SDRAM、Flash等數(shù)據(jù)及程序存儲(chǔ)設(shè)備。
(2)GPRS通信模塊及其外圍電路設(shè)計(jì)：GPRS模塊用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶與控制終端的數(shù)據(jù)傳送，本文選用了西門子公司的MC35I模塊。其外圍電路設(shè)計(jì)主要完成了MC35模塊的供電部分，數(shù)據(jù)傳送、模塊啟動(dòng)和關(guān)閉及工作模式指示等部分的電路設(shè)計(jì)。
(3)串口擴(kuò)展：GPRS modem撥號(hào)上網(wǎng)需要處理器為其提供完整的9線串口，而S3C4480只提供了3線串口。因此本文通過(guò)外接雙通道的通用異步收發(fā)器STl6C2550擴(kuò)展了完整的9線串口擴(kuò)展。
(4)RS485轉(zhuǎn)換器：通過(guò)TI公司的RS485接口芯片75LBC184，實(shí)現(xiàn)了S3C4480(單片機(jī))串行口的TTL電平與RS485電平之間的轉(zhuǎn)換，該芯片的輸入阻抗為RS485標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗的2倍(≥24kΩ)，故可以在總線上連接64個(gè)節(jié)點(diǎn)。
2．2．1 ARM處理器的外圍電路設(shè)計(jì)
2．2．1．1 開發(fā)板資源的使用
開發(fā)板提供了豐富的外部資源，下面對(duì)除了電源、時(shí)鐘源、復(fù)位電路等必要配置外，系統(tǒng)使用到的部分資源作簡(jiǎn)要介紹：
外部存儲(chǔ)器配置：2M Bytes Flash、8M Bytes SDRAM，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)、程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核的存儲(chǔ)和運(yùn)行提供存儲(chǔ)空間。
擴(kuò)展網(wǎng)口：10M網(wǎng)口，RTL8019AS，該部分用于從PC機(jī)上下載操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序。
LCD接口(帶LCD顯示屏)：320X240，STN，16級(jí)灰度，最大可接640×480256色。
鍵盤：鍵盤和LCD接口用于為用戶提供本地控制的人機(jī)交互界面。
串口：兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232接口。用于和PC機(jī)連接，通過(guò)超級(jí)終端進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。
JTAG接口：利用JTAG仿真器町以通過(guò)JTAG邊界掃描口進(jìn)行在線仿真。目前JTAG有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即14針接口和20針接口，開發(fā)板采用的是標(biāo)準(zhǔn)14針JTAG接口，支持ARM7個(gè)系列處理器，支持STD，并口連接，支持網(wǎng)絡(luò)調(diào)試功能。
2．2．1．2 系統(tǒng)存儲(chǔ)器的分配