基于LPC2119的自主式移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)

　　自主式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)是指根據(jù)指令任務(wù)及環(huán)境信息進(jìn)行自主路徑規(guī)劃，并且在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中不斷采集局部環(huán)境信息，做出決策，從而實(shí)現(xiàn)安全行駛并準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)的智能系統(tǒng)。本文以LPC2119為控制核心，介紹了一種輪式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案。該機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用超聲傳感器、光敏傳感器、碰撞傳感器采集外部環(huán)境信息，采用PTR2000實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)通信，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息的反饋和計(jì)算機(jī)控制命令的發(fā)送。
　　LPC2119是Philips公司推出的支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S微處理器，嵌入128KB高速Flash存儲(chǔ)器。它采用3級(jí)流水線技術(shù)，取指、譯碼和執(zhí)行同時(shí)進(jìn)行，能夠并行處理指令，提高CPU運(yùn)行速度。由于其具有非常小的尺寸和極低的功耗，非常適合小型化應(yīng)用。片內(nèi)多達(dá)64KB的SRAM，具有較大的緩沖區(qū)規(guī)模和強(qiáng)大的處理能力。LPC2119內(nèi)部集成2個(gè)CAN控制器、2個(gè)32位定時(shí)計(jì)數(shù)器和4個(gè)ADC單元電路。
1 硬件結(jié)構(gòu)
　　控制器LPC2119主要用來(lái)產(chǎn)生2路PWM信號(hào)以及處理傳感器信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能控制。本系統(tǒng)采用IR2110作為H橋電路驅(qū)動(dòng)芯片，用4片STP60NE06搭接H橋電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，并利用光電編碼器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速；采用16路超聲傳感器系統(tǒng)作為系統(tǒng)的避碰和簡(jiǎn)單測(cè)距；采用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)光源的感知和尋找；采用碰撞傳感器感知碰撞，使機(jī)器人能做出急時(shí)處理；采用無(wú)線通信芯片PTR2000實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)的無(wú)線通信。
1.1 電機(jī)的PWM控制
　　IR2110是美國(guó)IR(International Rectifier)公司推出的一種雙通道、高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動(dòng)的單片式集成驅(qū)動(dòng)器。它把驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)和低壓側(cè)MOSFET或IGBT所需的絕大部分功能集成在一個(gè)高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件即能提供極快的開(kāi)關(guān)速度和極低的功耗。其特點(diǎn)在于：將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相位低阻抗輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)同一橋臂上的2路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快；工作電壓較高，可達(dá)600V；內(nèi)設(shè)欠壓封鎖；成本低、易于調(diào)試；電路芯片體積小，為DIP14封裝。高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電，與其他IC驅(qū)動(dòng)電路相比，在設(shè)計(jì)上大大減少了驅(qū)動(dòng)變壓器和電容的數(shù)目，降低了產(chǎn)品成本，減小了體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。這種適用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET和IGBT的自舉式集成電路，在電源變換、電機(jī)調(diào)速等功率驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。
　　LPC2119單片機(jī)的PWM功能建立在標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器上，它具有32位的定時(shí)控制器及預(yù)分頻控制器、7個(gè)匹配控制器，可實(shí)現(xiàn)6個(gè)單邊PWM或3個(gè)雙邊PWM輸出，也可以使用這兩種類型的混合輸出。此系統(tǒng)使用端口PWM0和PWM1輸出兩路PWM信號(hào)，分別控制移動(dòng)機(jī)器人的2個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器形成兩路相位相差180°的信號(hào)加到IR2110的HIN和LIN引腳上，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一橋臂上的兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的控制，原理如圖1所示。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/163069.htm

　　HIN為高電平期間，Q1、Q4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向工作電壓；HIN為低電平期間，LIN端輸入高電平，Q2、Q3導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加反向工作電壓。因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形。由于機(jī)械慣性的作用，矩形脈沖電壓的平均值決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。
1.2 超聲傳感器系統(tǒng)
　　為減輕控制器LPC2119的負(fù)擔(dān)，超聲傳感器系統(tǒng)由Atmel公司的AT89C1051單片機(jī)控制。1051單片機(jī)是含有一個(gè)1KB可編程E²PROM的高性能微控制器，它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51的指令和引腳兼容。它為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活、有效的解決方案。AT89C1051有以下特點(diǎn)：1KB的E²PROM、128B的RAM、15根I/O線、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)二級(jí)向量中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)全雙向的串行口且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，具有4.25~5.5V的電壓工作范圍及24MHz工作頻率，同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖、掉電和時(shí)鐘電路等。此外，AT89C1051還支持兩種軟件設(shè)置的電源節(jié)電方式?？臻e時(shí)，CPU停止，而RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電時(shí)，保存RAM的內(nèi)容，但振蕩器停振以禁止芯片其他功能，直到下一次硬件復(fù)位。
　　1051控制每60ms發(fā)送一路超聲波，檢測(cè)回波時(shí)間，并完成距離的計(jì)算。這樣16路超聲波循環(huán)檢測(cè)一次約為1s，在常溫時(shí)超聲波的速度約為344m/s，可以計(jì)算出障礙物的距離，最后將超聲波傳感器編號(hào)及距離信息傳送給LPC2119。

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