基于ARM的自主式移動機(jī)器人設(shè)計(jì)
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LPC2119是Philips公司推出的支持實(shí)時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S微處理器，嵌入128KB高速Flash存儲器。它采用3級流水線技術(shù)，取指、譯碼和執(zhí)行同時進(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CAN控制器、2個32位定時計(jì)數(shù)器和4個ADC單元電路。
1 硬件結(jié)構(gòu)
控制器LPC2119主要用來產(chǎn)生2路PWM信號以及處理傳感器信息，實(shí)現(xiàn)對小車的智能控制。本系統(tǒng)采用IR2110作為H橋電路驅(qū)動芯片，用4片STP60NE06搭接H橋電路驅(qū)動直流電機(jī)，并利用光電編碼器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速；采用16路超聲傳感器系統(tǒng)作為系統(tǒng)的避碰和簡單測距；采用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對光源的感知和尋找；采用碰撞傳感器感知碰撞，使機(jī)器人能做出急時處理；采用無線通信芯片PTR2000實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與計(jì)算機(jī)的無線通信。
1.1 電機(jī)的PWM控制
IR2110是美國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)動的單片式集成驅(qū)動器。它把驅(qū)動高壓側(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關(guān)速度和極低的功耗。其特點(diǎn)在于：將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相位低阻抗輸出驅(qū)動信號，可驅(qū)動同一橋臂上的2路輸出，驅(qū)動能力強(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)動采用外部自舉電容上電，與其他IC驅(qū)動電路相比，在設(shè)計(jì)上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(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)定時器上，它具有32位的定時控制器及預(yù)分頻控制器、7個匹配控制器，可實(shí)現(xiàn)6個單邊PWM或3個雙邊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，分別控制移動機(jī)器人的2個驅(qū)動電機(jī)。PWM信號經(jīng)過光電耦合器形成兩路相位相差180°的信號加到IR2110的HIN和LIN引腳上，實(shí)現(xiàn)對同一橋臂上的兩個MOSFET開關(guān)的控制，原理如圖1所示。
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機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。
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