自動(dòng)尋跡機(jī)器人電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王順利 王景夏 石宇 辛紹杰

【摘要】自動(dòng)避障尋跡機(jī)器人能夠在復(fù)雜的路況下精確地完成指定工作。介紹了所設(shè)計(jì)的基于攝像頭智能識(shí)別路徑的機(jī)器人的組成，完成了基于單片機(jī)的電控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，采用C語(yǔ)言編寫控制系統(tǒng)的軟件。該機(jī)器人的試驗(yàn)證明，應(yīng)用該電控系統(tǒng)的機(jī)器人較好地完成了預(yù)期功能。

【關(guān)鍵詞】電控系統(tǒng);自動(dòng)循跡;無(wú)線視頻;C語(yǔ)言

自動(dòng)避障尋跡機(jī)器人主要由機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及其軟件、攝像系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等組成。該機(jī)器人采用攝像頭采集數(shù)據(jù)，精確度高，采集快，很好實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的功能要求。

1.電控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)主要包括：電源電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主控電路和遙控電路等。電控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)采用飛思卡爾公司的S12XS128芯片。該芯片有8路AD，2路串口通信和8路PWM。運(yùn)行時(shí)鐘可以超頻到64MHz，完全可以滿足系統(tǒng)的需求。

電控系統(tǒng)中，S12芯片需要5V電壓和200mA電流;舵機(jī)的供電電壓為5V，電流為200mA;直流電機(jī)需要直接接電壓7.2V，電流800mA的電源。系統(tǒng)選用電壓7.2V、功率1200mAh的鋰電池供電;穩(wěn)壓芯片采用兩片LM7805芯片提供5V電壓，一路為舵機(jī)供電，另一路為其他模塊供電，電源電路如圖1所示。

圖1 LM7805電路圖

所設(shè)計(jì)的無(wú)線傳輸電路由單片機(jī)，車載無(wú)線接收發(fā)器和電腦端無(wú)線收發(fā)器組成，采用RS232通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。無(wú)線傳輸收發(fā)器采用匯睿微通公司的XLTTL-USB串口轉(zhuǎn)USB接口和XL02-232API模塊組成。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用智能功率芯BTS7960芯片，該芯片是應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流半橋高集成芯片，它帶有一個(gè)P溝道的高邊MOSEFT，一個(gè)N溝道的底邊MOSFET和一個(gè)驅(qū)動(dòng)IC，工作電壓5.5V-27.5V，最大驅(qū)動(dòng)電流43A，工作頻率25KHz，在本電路設(shè)計(jì)中，直流電機(jī)工作電壓7.2V，電流1A，工作頻率25KHz，2塊BTS7969芯片組成一個(gè)全橋電路，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

無(wú)線攝像頭采用諾維安CC321型號(hào)的USB無(wú)線攝像頭。其發(fā)射頻率可以在2414MHz，2432MHz，2450MHz，2468MHz之間選擇，傳輸距離為100米?？梢詽M足本系統(tǒng)的要求。接收器為該攝像頭專陪的接收器。

2.軟件設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)的軟件使用C語(yǔ)言編寫，調(diào)試程序使用LABVIEW編寫。

2.1 下位機(jī)采集程序

系統(tǒng)的單片機(jī)程序選用C語(yǔ)言編寫。下位機(jī)程序主要完成對(duì)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向控制，直流電機(jī)的速度控制，以及同上位機(jī)的串口通訊。

圖3 視頻采集程序

單片機(jī)上電復(fù)位后，單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，引腳初始化，之后進(jìn)入電機(jī)舵機(jī)控制程序，串口通訊程序，當(dāng)前命令修改程序在串口中斷里完成。下位機(jī)程序接收的命令主要是前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。

2.2 上位機(jī)調(diào)試程序

視頻采集程序采用LabVIEW vision模塊。首先使用IMAQ USB Enumerrate Cameras VI選擇視頻設(shè)備，然后使用IMAQ Create程序建立一個(gè)圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，分配內(nèi)存空間，在while循環(huán)里，由IMAQ Grab Acquire抓取的圖像傳送到Image Display控件顯示。視頻采集程序如圖3所示。先列舉出視頻設(shè)備，如果有設(shè)備的話，選擇要顯示的設(shè)備并在while循環(huán)中顯示圖像。實(shí)際應(yīng)用中，由于IMAQ Snap.vi既要實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集操作，還要完成許多初始化和資源釋放的操作，其運(yùn)行速度較慢。通過使用IMAQ USB Grab Acquire.vi實(shí)現(xiàn)連續(xù)圖像采集后，其采集每幀圖像的時(shí)間有較大降低。

參考文獻(xiàn)

[1]Jeffrey Travis，Jim Kring.LabView大學(xué)實(shí)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]陳樹學(xué)，劉萱.Labview寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

本項(xiàng)目受上海市大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃資助（項(xiàng)目編號(hào)：2012SCX87）。

作者簡(jiǎn)介：

王順利（1991—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。

王景夏（1990—），男，大學(xué)本科，畢業(yè)于上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)。

石宇（1989—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。

辛紹杰（1963—），男，上海電機(jī)學(xué)院教授。