【文章內容簡介】 外設功能集于一身 ,適合于應用在控制系統(tǒng)中。 TMS320LF2407A 的 CPU 是基于 TMS320C2XX 的 16位定點低功耗內核。其體系結構與高速運算能力使自適應控制、卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等復雜控制算法得以實現(xiàn)。 存儲器配置 TMS320LF2407A 地址映象被組織為三個可獨立選擇的空間：程序存儲器（ 64K）、數(shù)據(jù)存儲器（ 64K）、輸入 /輸出（ I/O）空間（ 64K）。這些空間提供了共 192K 字的地址范圍。 其片內存儲器資源包括： 544字 16 位的雙端口數(shù)據(jù) /程序 DARAM、 2K 字 16 位的單端口數(shù)據(jù) /程序 SARAM、片內 32K 16位的 Flash 程序存儲器、 256字 16 位片上 Boot ROM、片上 Flash/ROM 具有可編程加密特性。 TMS320LF2407A 的指令集有三種基本的存儲 器尋址方式：立即尋址方式、直接尋址方式、間接尋址方式。 為了提高數(shù)據(jù)通信的實時性和可靠性，采用雙向緩沖的方法實現(xiàn)了雙機通信。這種通信方式大大提高了人機交互的響應速度。 控制部分 控制部分是 MTUROBOT 機器人 的核心組成部分，集成在一個主板盒里面，作為控制核心的主板盒上各個功能模塊、按鍵及插接口的位置和名稱如圖 所示。 圖 MTUROBOT 主板盒示意圖 （ 1）主板 位于 MTUROBOT 中心部位的控制部件是 MTUROBOT 的大腦 —— 主板，它被安裝在主ffff 8 板盒里面，由很多電子元器件組成，跟人的大腦一樣，主要完成接收信息、處理信息、發(fā)出指令等一系列過程。 MTUROBOT 的記憶功能，主要由主板上的內存來實現(xiàn)，至于“大腦”的分析、判斷、決斷功能則由主板上的眾多芯片共同完成。 （ 2）控制按鍵 位于 MTUROBOT 主板盒上得眾多控制按鍵、指示燈等等，是 MTUROBOT 機器人運行控制部件。 （ 3） 擴展接口電路板 位于 MTUROBOT 前端的擴展接口電路板提供了心臟（主板盒）與眼睛（各種傳感器）及手腳（各種執(zhí)行機構）之間的信息傳達橋梁，并給執(zhí)行機構及各種傳感器提供動力。MTUROBOT 可以根據(jù)用戶不同的創(chuàng)新設計安裝不同的擴展接口電路板，機械連接甚至在理論上可以無限擴展。圖 所示為擴展三塊電路板的安裝方式。擴展板各接口注釋見附錄 4。 圖 MTUROBOT 擴展電路板安裝示意圖 傳感 器 本設計主要采用紅外傳感器傳感器支架可安裝紅外發(fā)射、接收傳感器，遠紅外傳感器 。 小車配套的滅火風扇支架可安裝紅外發(fā)射、接收傳感器，光敏傳感器等多種傳感器。 大學版機器人采用了 3 只遠紅外光電接收二極管（ 700nm1000 nm）（如下圖）構成紅外傳感系統(tǒng)，主要用來檢測前方、左前方和右前方的熱源，檢測距離范圍為 0～ 1m。用戶可以通過調節(jié)電位器來調節(jié)遠紅外傳感器靈敏度。 救援機器人控制系統(tǒng)設計 圖 遠紅外傳感器 MTUROBOT 機器人的紅外傳感器共包含兩種器件：紅外發(fā)射管和紅外接收管。 圖 紅外發(fā)射、接收 傳感器 工作原理：紅外發(fā)射傳感器發(fā)射出紅外線，經(jīng)障礙物反彈回來，由紅外接收傳感器接收，再將信號輸入給小車，由 DSP 處理器處理來判定什么位置是否有障礙物，小車該作出什么動作。 使用函數(shù) unsigned int IR_CONTROL(unsigned int IN_CHAN,unsigned int OUT_CHAN)。 執(zhí)行部分 MTUROBOT 機器人的執(zhí)行部分是機器人執(zhí)行具體功能時所要用到的部件，如圖 27所示， MTUROBOT 機器人的執(zhí)行部分共有以下五種： 圖 MTUROBOT 執(zhí) 行部分 ffff 10 1）揚聲器 MTUROBOT 機器人可以通過揚聲器發(fā)出一定頻率的聲音，可以通過編程讓機器人演奏歌曲。 2） LCD MTUROBOT 機器人上的 LCD為 128 64，可以顯示中文以及各種字符。利用LCD 可以顯示程序運行的中間結果。 3）主動輪及其驅動機構 MTUROBOT 機器人有兩只金屬鋁芯、橡膠外胎的主動輪，能夠完成向前直走，向后轉彎，左轉，右轉，這些平地上的技術動作；驅動機構由直流電機和減速比約為 30： 1 的齒輪箱構成，齒輪減速箱將直流電機輸出的扭矩和轉速轉化為 MTUROBOT 需要的扭矩和轉 速。動力強，效率高，噪音小。 4）從動輪 MTUROBOT 機器人有 1只從動輪。眾所周知，三點支撐結構是最穩(wěn)定的結構，從動輪和兩只主動輪形成三角形穩(wěn)定地支撐著機器人的身體。從動輪方向的改變是隨著主動輪的方向改變的。 5）直流電機 在 MTUROBOT 機器人上有兩個高速直流電機。 本設計采用的是 ROBOT 編程軟件，雙擊 mtu 文件夾中的可執(zhí)行文件 圖標，進入了機器人編程界面如圖 2－ 7所示。它支持流程圖語言、匯編 ASM 和 C 語言程序。（函數(shù)庫見附錄 1） ROBOTX 編程軟件操作流程如下圖 圖 新建或打開文件 救援機器人控制系統(tǒng)設計 圖 初始界面流程圖界面 流程圖模塊包括五個部分：執(zhí)行模塊、數(shù)字信號輸入、數(shù)字信號輸出、模擬信號輸入、控制邏輯。 執(zhí)行模塊可實現(xiàn)直行、轉彎、停止、顯示、等待、清屏、音樂、手臂控制等功能。直行函數(shù)為 move(int SPEEDL,int SPEEDR,int EXSPEED)。參數(shù)分別為左輪速、右輪速、擴展電機的速度，速度范圍在 2021~2021 內 C語言與匯編語言編程界面 圖 C 語言編程界面 以上為大學版智能機器人的整體環(huán)境， 在圖 28 中的 C 語言編程環(huán)境中使用 C 語言實現(xiàn)自己的編程環(huán)境，通過 C 語言語句接受機器人的外界信息，在對得到的信息進行處ffff 12 理之后，使用相關的語句實現(xiàn)對機器人執(zhí)行機構的控制。 注意因為離火源過近容易損壞遠紅外傳感器，所以在距離火源一定距離的時候就要停止靠近火源，開始實施滅火。 a）點擊編譯 按鈕 b) 將機器人與計算機連接起來（用串口連接線，一端接計算機的九針串口，一端接機器 人后面控制面板上的下載口）。 c) 將機器人的 “ 開關 ” 按鈕打開，使機器人處于開機的狀態(tài)。 d) 機器人液晶屏上出現(xiàn)上出現(xiàn)運行或下載時， 通過機器人左面的按鈕 圖 小車操作屏幕 調到下載，按下 0k 按鈕，接著按下黃色下載按鈕，此時屏幕上會顯示 “ 下載等待? ”（一定要確認屏幕出現(xiàn)省略號后再執(zhí)行下一步） e) 按流程圖界面中的 按鈕，待看到 “ 下載成功！ ” 字樣時，取下串口連接線，將機器人放在平穩(wěn)的地方，按復位按鈕，選擇液晶屏上運行 ok，按機器人上的綠色 “ 運行 ” 按鈕，此時機器人就以左右輪都為 200 的速度運動 3秒鐘之后停止。 救援機器人控制系統(tǒng)設計 4 硬件連接與軟件編程 本設計紅外接收管可以安裝于 MTUROBOT 機器人的正 前方，兩只紅外發(fā)射管安裝于紅外接收管的兩側；同時紅外發(fā)射管也可以安裝于 MTUROBOT 機器人的正前方，兩只紅外接受管安裝于紅外發(fā)射管兩側。如下圖 圖 傳感器安裝示意圖 紅外接收管和發(fā)射管也可以安裝到滅火風扇支架上面，可以說 MTUROBOT 機器人給用戶提供了更多的自主創(chuàng)新空間去發(fā)揮。 紅外發(fā)射管可以發(fā)出紅外線，紅外線在遇到障礙后被反射回來，紅外接收管接收到被反射回來的紅外線以后，通過 A/D 轉換送入 CPU進行處理。 MTUROBOT 機器人的紅外傳感器能夠看到前方 10cm～ 80cm ， 90176。范圍內的比210mmx150mm 面積大的障礙物，如果障礙物太小太細、或者在它的可視范圍以外，它可就沒法看到了。 在 MTUROBOT 機器人的可視范圍內，可以調整它的可視距離。 通過 M3 的螺釘將傳感器固定在機器人擴展支架上，然后連接到擴展板的模擬量輸入接口 AD1～ AD8。其具體連接見附錄 4。 遠紅外傳感器電路原理圖如下 ffff 14 圖 遠紅外傳感器電路原理圖 紅外避障傳感器用來探測的不同方向的障礙物，可以使機器人有效的避開障礙物。 紅外發(fā)射端口接在數(shù)字輸出端口上 DO1~DO3。 紅外接收端口接在數(shù) 字輸入端口上DI6。端口安裝具體位置見附錄 4。功能頭安裝位子如下圖 圖 紅外傳感器安裝實際圖 本設計針對小車的自帶電源可能供電不足，將獨立外置電源裝備到小車上。保證小車能夠長期的正常運行，不會因為電力不足而中途出現(xiàn)停車現(xiàn)象。 本設計沒有采用小車配套的風扇，而是采用外置的風扇，并且設計了一個繼電器的開關電路，使小車的風扇能夠通過程序來自動開啟。 電子開關 本設計采用電子開關來控制電路，使之來驅動風扇轉動，使電路的結構簡單化。 救援機器人控制系統(tǒng)設計 電子開關是利用電力電 子器件實現(xiàn) 電路 通斷的運行單元，至少包括一個可控的電子閥器件，分為 1） 直流電子開關 ，能使 直流電流 通斷的一種電力 電子開關。 2） 交流電子開關 ，能使交流電流通斷一種電力電子開關。 3）微電子開關，一種可以設置電腦開機關機的硬件設備。 開關 電源 是利用現(xiàn)代 電力電子技術 ，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由 脈沖寬度調制 （ PWM）控制 IC 和 MOSFET 構成。開關電源和 線性電源 相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率 各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉點。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在 高新技術領域 的應用，推動了 高新技術產品 的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。開關電源中應用的 電力電子器件 主要為二極管、 IGBT 和MOSFET。 SCR 在開關電源輸入整流電路及 軟啟動 電路中有少量應用， GTR 驅動困難，開關頻率 低，逐漸被 IGBT 和 MOSFET 取代。 開關電源的三個條件 開關：電力電子器件工作在開關狀態(tài)而不是線性狀態(tài) 高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻 直流：開關電源輸出的是直流而不是交流 開關電源的分類： 開關電源可分為 AC/DC 和 DC/DC 兩大類， DC/DC 變換器 現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但 AC/DC 的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。 接地 開關電源比線性電源會產生更多的干擾，對共模干擾敏感 的用電設備，應采取接地和屏蔽措施，按 ICE1000、 EN61000、 FCC 等 EMC 限制，開關電源均采取 EMC 電磁兼容措施，因此開關電源一般應帶有 EMC 電磁兼容濾波器。如利德華福技術的 HA系列開關電源，將其 FG 端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。 保護電路 開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護ffff 16 功能齊備的 開關電源模塊 ，并且其保護電路的技術參數(shù)應與用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。 發(fā)展動向 開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。高頻化是開關電源輕、小、薄的關鍵技術，開關電源的輕、小、薄也是重要的技術指標。 開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的 PWM 開關技術進行創(chuàng)新，實現(xiàn) ZVS、 ZCS 的 軟開關技術 已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源的 工作效率 。對于高可靠性指標， 美國 的開關電源生產商通過降低運行 電流 ，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的可靠性大大提高。 模塊化是開關電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電