【正文】 嵌入式系統(tǒng)的干擾源一般有三個渠道：一是空間干擾,電磁信號通過空間輻射進入系統(tǒng)；二是過程通道干擾，干擾信號通過與系統(tǒng)相連的前、后通道及與其它系統(tǒng)的連接通道進入，它疊加在有用信號之上，擾亂信號傳輸，使有效信號產(chǎn)。 按鍵模塊電路圖 圖 33 按鍵模塊 Key module 硬件抗干擾措施在嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)是系統(tǒng)可靠性的重要方面。由于具有高速響應(yīng)和良好的抗噪性能，使得線驅(qū)動專用IC能適用于長距離傳輸。圖31 信號隔離部分原理圖 Schematics of signal isolation 編碼盤采樣模塊電路設(shè)計圖 32 編碼盤采樣原理圖33 Schematics of sampling Quadrature Encoder為了避免長距離的信號傳輸引起的信號衰減、跳變及干擾，光電編碼器的二路脈沖信號均采用差分信號方式輸出，因此在接收端首先要采用差分接收電路進行處理，差分接收電路主要由DS26LS32M芯片構(gòu)成 [12]。避免 LMD18200 的驅(qū)動電路對控制信號的干擾，對于 LMD18200 的引腳 3(轉(zhuǎn)向輸入 )、引腳 5(PWM 輸入)與 LM629 的 PWMSIGN、PWMMAG 引腳之間通過光電耦合器連接，兩個地線連接也要進行隔離 [11]。 過流保護流程，如圖27所示，穩(wěn)壓將電壓保持，不會被過高的電壓來燒壞單片機，此時單片機采樣到電壓已大于，便立刻使BREAK端口，關(guān)閉驅(qū)動模塊，保護驅(qū)動模塊，并能過LED閃爍來提示系統(tǒng)已經(jīng)是過流保護 [10]。電壓的監(jiān)測是采用定時器定時啟動AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方式 [9]。R4 為一個 10K 的上拉電阻，當(dāng) S1 按下去的時候，將 RESET 引腳拉低為低電平，可以使單片機復(fù)位，而當(dāng)給系統(tǒng)接上電源時，+5V 電源對容進行充電，也使單片機實現(xiàn)了上電復(fù)位的過程 [8]。 （如圖 25） 圖 26：多按鍵濾波算法流程圖 Multibutton filtering algorithm flowchart. 輔助電路設(shè)計 復(fù)位電路設(shè)計ATmega32L 和 STM32 的中斷源中有一個是外部復(fù)位。 圖 25：一般濾波算法程序流程圖 General filtering algorithm flowchart 多按鍵同時觸發(fā)的濾波算法在該算法中每一個按鍵都有兩個變量定義其屬性（按鍵代表變量、按鍵標(biāo)志變量）程序循環(huán)掃描所有按鍵當(dāng)前狀態(tài)并以此狀態(tài)來改變按鍵代表變量的值。但一般的濾波算法（如圖 24）無法在濾波的同時執(zhí)行其他程序。 按鍵模塊多按鍵觸發(fā)和濾波算法的干擾硬件抗干擾設(shè)計能提高系統(tǒng)的抗干擾能力但并不能完全解決干擾問題。 輸入模塊輸入模塊普遍采用按鍵類模塊，本設(shè)計亦采用按鍵模塊作為輸入模塊。只需保證棘輪打開的行程以及打開和關(guān)閉的時間，配合性能較好，算法相對簡單，無使用次數(shù)限制，模塊調(diào)試成功后性能穩(wěn)定。故算法復(fù)雜，配合性能差但無使用次數(shù)限制，模塊調(diào)試成功后性能穩(wěn)定。因為電機行程需要控制。但因為氣動裝置本身有漏氣的缺點不能保證其使用次數(shù)。氣動裝置能夠迅速打開和關(guān)閉棘輪，且能較好地與升降電機配合。為此我們提出如下三種方案。此方案具有響應(yīng)及時，電機損耗低，能精確控制機器人位置的優(yōu)點 [6]。當(dāng)中央處理單元收到按鍵按下信號時對直流伺服系統(tǒng)進行失能狀態(tài)控制。方案三：剎車模塊采用按鍵觸發(fā)。當(dāng)中央處理單元收到按鍵按下信號時對直流伺服系統(tǒng)進行制動命令，電機馬上鎖死。方案二：剎車模塊采用按鍵觸發(fā)。只需踩下剎車踏板即可斷開整個供電電路。方案一：剎車模塊采用按鍵觸發(fā)?？梢栽谕话l(fā)情況下對機器人和駕駛者進行保護或者對機器人位置進行精確控制。不僅具有算法簡單的優(yōu)點同時也能達到模塊要求，故選擇此方案。其次，電子方向盤也具有高精度、高靈敏度的性能。同樣有高靈敏度、高精度的要求。28基于對電子方向盤及電子油門模塊設(shè)計的高靈敏度、高精度的需求，綜合考慮各方面因素我們選擇方案二。該方案同樣具有響應(yīng)時間短，控制靈敏度高的優(yōu)點。的精度不高、模塊輸出不穩(wěn)定。電位器輸出電壓信號通過 STM32 自帶 AD 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號就可以算出方向盤和油門旋轉(zhuǎn)的角度。為此我們提出如下兩種方案： 方案一：采用旋轉(zhuǎn)電位器。27 圖24 Maxon re40電機參數(shù) Maxon re40 Motor Data 底盤控制系統(tǒng) 電子方向盤及電子油門模塊 電子方向盤是手動機器人控制系統(tǒng)關(guān)鍵部分，通過電子方向盤模塊將方向盤數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚砟K [4]，再通過電子差速器模塊將 PWM 信號輸出到直流電機及其驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對手動機器人底盤的控制。???勻 勻電機勻速行駛的驅(qū)動功率： 289065PVW?勻 out勻電機減速箱為行星減速箱一般效率為： =.?減 速 箱26電機與輪子為鏈條傳動因無鏈條箱取效率為： =?鏈 條電機勻速行駛的實際功率 ： in//632P?勻 勻 out減 速 箱 鏈 條電機額定電壓： 24V電機額定電流： （2）?勻 i機器人加速運行時：驅(qū)動力： （3）加速時間： /2tvs?行駛距離： （4）.5S每個輪子的驅(qū)動力： ??地面動摩擦力 ??因動量守恒： (5)21outVPfS?底盤輸出功率 =()/out t?底盤實際功率 int/= W??減 速 箱 鏈 條電機實際功率： 啟動沖擊電流： 45IAU綜上每個輪子的最大驅(qū)動力： max=?輪子轉(zhuǎn)速設(shè)計： (6)60n12Vrp???驅(qū)動力矩： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們選取了 Maxon re40 148867 作為底盤電機，其具體參數(shù)如圖 23RE40電機驅(qū)動力矩校核：電機轉(zhuǎn)速：N=6930rpm減速比：I=N/n=RE40輸出力矩： M????故RE40性能滿足要求。電源欠壓的設(shè)計部分在下面會有說明） 圖23 電源原理圖 Schematics of Power supply 電機模塊底盤電機選型：設(shè)計前提：(1)底盤最大負(fù)重 M=20kg(機器人自重)+60kg(操作者體重)+15kg(收集機器人自重 )=95kg(2)需要的加速度： ?(3)底盤最大速度： V(4)輪子直徑： D=160mm(6)驅(qū)動方式： 兩輪直輪驅(qū)動機器人勻速運行時：機器人勻速驅(qū)動需要的最大驅(qū)動力：取輪子與地面的摩擦系數(shù)為： =? （1）39。然后按照 制如圖29。 電源模塊電路設(shè)計 在穩(wěn)壓的輸入端和輸出端口，都接了旁路電容進行濾波，保證電源電壓的平穩(wěn)性。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于 輸出電流。圖 22 設(shè)備類型/標(biāo)稱輸出電壓 DEVICE TYPE/NOMINAL OUTPUT VOLTAGE X78XX 系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝形式為 電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。 STM32 是中央處理模塊，電源電壓為 必須使用供電更穩(wěn)定的芯片。 。圖 20 理想波形圖 Ideal oscillogram LMD18200 驅(qū)動部分電路設(shè)計、圖 21 LMD18200 驅(qū)動原理圖24 Schematics of LMD18200 電源模塊設(shè)計 電源模塊設(shè)計 根據(jù)手動機器人供電最高電壓為電機額定電壓 24V 故手動機器人供電采用兩節(jié)12V 鋰電池供電，而 STM32 的供電典型電壓為 ；ATmega32L 、編碼器等供電典型電壓為 5V；氣動模塊供電則需要 12V。單極性驅(qū)動方式是指在一個 PWM 周期內(nèi)，電動機電樞只承受單極性的電壓。雙極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運行平穩(wěn)性的優(yōu)點，但也存在著電流波動大，功率損耗較大的缺點，尤其是必須增加死區(qū)來避免開關(guān)管直通的危險，限制了開關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動機的控制。LMD18200 提供雙極性驅(qū)動方式和單極性驅(qū)動方式。如果過電流持續(xù)時間較長，過熱保護將關(guān)閉整個輸出。電流檢測輸出引腳 8 可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。本系統(tǒng)在引腳 l、11 外接 103 的電容形成第二個充電泵電路，外接電容越大，向開關(guān)管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時間越短，工作頻率可以更高。 LMD18200 內(nèi)部集成了四個 DMOS 管，組成一個標(biāo)準(zhǔn)的 H 型驅(qū)動橋。9 溫度報警輸出 溫度報警輸出，提供溫度報警信號。該端與 3 腳（方向輸入）如何使用，決定于 PWM 信號類型。腳 4置邏輯高電平、腳 5 置邏輯低電平時，H 橋中所有晶體管關(guān)斷，此時，每個輸出端只有很小的偏流（） 。剎車時，將該腳置邏輯高電平，并將 PWM 信號輸入端（腳 5）置邏輯高電平，3 腳的邏輯狀態(tài)決定于短路馬達所用的器件。4 剎車輸入端 剎車時，輸出驅(qū)動電流方向見表 1。圖 19 18200 結(jié)構(gòu)方框圖 18200 with square machine system 18200 引腳定義表 8 LMD18200 引腳號定義 Table 8 User Command Set of the LM629引腳 號 名稱 功能描述 11 橋臂 1，2 的自舉輸入電容連接端在腳 1 與腳 腳 10 與腳 11 之間應(yīng)接入 10uF 的自舉電容10 H 橋輸出端3 方向輸入端 轉(zhuǎn)向時，輸出驅(qū)動電流方向見表 1。LMD18200 廣泛應(yīng)用于打印機、機器人和各種自動化控制領(lǐng)域。圖18 處理器電路原理圖 The Schematics of Processor 驅(qū)動模塊 18200 工作原理采用 LMD18200 實現(xiàn)受限單極性驅(qū)動方式，LMD18200 是美國國家半導(dǎo)體公司(NS)推出的專用于直流電動機驅(qū)動的 H 橋組件。（9） 6 種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴展的 Standby 模式。（6） 外設(shè)特點21（7） 兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時器/ 計數(shù)器， 一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時器/ 計數(shù)器，具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器 RTC， 四通道 PWM， 8 路 10 位 ADC，8 個單端通道，TQFP 封裝的 7 個差分通道 2 個具有可編程增益（1x, 10x, 或 200x）的差分通道； 面向字節(jié)的兩線接口可編程的串行 USART ，可工作于主機/ 從機模式的 SPI 串行接口，具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，片內(nèi)模擬比較器。（3） 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器 32K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 擦寫壽命: 10,000 次具有獨立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū)通過片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時讀寫操作 1024 字節(jié)的 EEPROM 擦寫壽命: 100,000 次，2K 字節(jié)片內(nèi)SRAM，可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密。 ATmega32L 產(chǎn)品特性（1） 它是一種高性能、低功耗的 8 位 AVR174。表 7 LM629 的用戶命令集 Table 7 User Command Set of the LM629命令 類型 說明 十六進命令 數(shù)據(jù)字節(jié)RESET 初始化 LM628 復(fù)位 00 0PORT8 初始化 8 位的 PWM 05 0PORT12 初始化 12 位的 PWM 06 0DFH 初始化 定義原點 02 0SIP 中斷 設(shè)置 Index 位置 03 0LPEI 中斷 錯誤中斷 1B 2LPES 中斷 錯誤停止 1A 2SBPA 中斷 設(shè)置絕對斷點 20 4SBPR 中斷 設(shè)置相對斷點 21 4MSKI 中斷 屏蔽中斷 1C 2RSTI 中斷 復(fù)位中斷 1D 2LFIL 裝載 下載 PID 參數(shù) 1E 2 到 10UDF 裝載 使 PID 參數(shù)有效 04 0LIRJ 軌跡 下載軌跡參數(shù) 1F 2 到 14STT 軌跡 啟動電機 01 0RDSTAT 反饋 讀狀態(tài) 無 1RDSIGS 反饋 讀寄存器 0C 2RDIP 反饋 讀 Index 位置 09 420RDDP 反饋 讀預(yù)定的位置 08 4RDRP 反饋 讀實際的位置 0A 4RDDV 反饋 讀預(yù)定的速度 07 4RDRV 反饋 讀實際的速度 0B 2RDSUM 反饋 讀積分與數(shù)據(jù) 0D 2 LM629 控制部分電路設(shè)計圖17 LM629的原理圖 Schematics of LM629 單片機模塊 在伺服器領(lǐng)域廣泛采用 MSP4AVR 等 8 位單片機。