导购机器人控制系统电路设计 —电路图天天读（49）

　　随着科学技术发展和人民生活水平提高，机器人已经开始进入了人们的生活中。这个时代的来临，出现了各种新型机器人，如清扫机器人、安防机器人。移动机器人的最重要的部分之一：导航系统，更加引起机器人领域的关注。机器人导航系统对许多机器人应用领域至关重要如：智能仓库，超市导购，家用机器人，自动化图书馆，智能医院等。比较普遍的是寻线机器人。实际设计中发现：因为受到固定线的限制，这种体系并不能实现真正意义上的全方位的自主运行。另外，这种方法受到光的影响很大，不能实际的应用与生活中。线在地表也会影响地面美观。在经过充分的文献查找和思考后提出了一种新的机器人导航系统，把RFID，地磁感应，DSP等技术融合。进行了实际的系统硬软件设计和稳定性测试。

　　系统主板与传感模块

　　关于电源，系统采用12V锂电池供电，采用三端正电压调节器调节电压。内部集成功率保护。输出电流可以达到1A。输入耐压可以到达30V。提供充电接口，通过开关进行控制，电路板上留有接口，可以对锂电池进行充电。定位装置采用射频技术。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。最基本的RFID系统由三部分组成：标签、阅读器、天线。按作用距离可分为密耦合卡（作用距离小于1厘米）、近耦合卡（作用距离小于15 厘米）、疏耦合卡（作用距离约1米）和远距离卡（作用距离从1米到10米，甚至更远）。本系统采用近耦合卡。射频模块与2812的SCIA口进行通讯。通过对数据流进行解码，判断机器人的位置。

　　接着是红外避障模块。一般机器人的避障可以采用红外反射的方法，这在机器人比赛中比较普遍。GPIO控制红外线的发射，然后如果遇到障碍物会反射回来，接收管子收到光线后引起电阻变化，检测其电阻变化就可以判断是否有障碍物了。但是这种方法容易受到光噪声的干扰。所以距离比较近，一般只能达到2-3cm。本人在多次比赛中，经过查资料和研究，提出了一种使用标准高频信号38KHZ的红外线进行障碍的探测的电路。因为使用高频信号和高频运放，有了一定的抗干扰能力，同时探测的距离的最大提高到8cm。首先，通过555发射红外线。接着，信号通过红外接收管后经过隔直电容，送入高频运放LM318N。然后，经过50倍的放大。

　　图 1 555发射电路

　　图 2 频率识别电路

　　图 3 检测放大电路

　　LM567是锁相环电路， 8脚双列直插封装。第5、6脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率。1、2脚通常分别通过一个电容器接地，产生输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。2脚接的电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。压控振荡器的中心频率和滤波带宽可由式决定。

　　 （4） （其中Vi为输入电压）

　　然后是电子罗盘模块。CMPS03 电子罗盘是平面角度传感器。通过检测当前传感器与地球磁场直接的角度，电子罗盘可以获得分辨率为0.1度的绝对旋转角度。这个电子罗盘模块是专门为机器人而制造，目的为了给机器人提供合适的方向导航信号。对于任何方向，都可以生成独一无二的编码。该传感器使用PHILIPS的KMZ51地磁感应芯片，其精度很高。有两种输出方式，第一种：I2C方式，由Pin2（SCL）和Pin3（SDA）输出。Pin7和Pin5必须悬空。Pin6用来进行校正。这些管脚都接到主板上，由于模块是5V供电，而DSP是3.3V所以还需要用74LVC245进行电平转换。通过2812的GPIOB通过Pin6对系统进行校正。校正只需要做一次，因为数据会保存在电子罗盘中的PIC单片机的EEPROM。第6脚有一个上拉电阻。进行校正只需要通过GPIO给Pin6一个负相脉冲，而且因为有上拉电阻，所以，此管脚与系统断开也是可以的。

　　最后是系统的驱动模块的设计。采用L298芯片。比较常见的是15脚Multiwatt封装的 L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。L298内含的功率输出器件设计制作在一块石英基片上，由于制作工艺的同一性，因而具有分立元件组合电路不可比拟的性能参数一致性，工作稳定。15脚是输出电流反馈引脚，其它与L293相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。它是高电压的，高电流的双全桥驱动芯片。可以直接接受标准的TTL逻辑电平。可以驱动各种负载如电机，继电器等。有两个使能输入，通过它控制PWM波的有效性。L298集成有两个能量输出块A，B。另外，我们设计的板子上加有续流二极管。　　

电子发烧友网技术编辑点评分析：

　　本文采用了无线射频识别技术、红外线距离传感技术和地磁感应电子罗盘相结合的方法，设计出了一种基于DSP控制的信息融合的自主移动的机器人的导航与控制系统。并且在设计的过程中根据实际情况的需要，对传统的红外避障传感器进行了一些改进，同时，对信息融合状态下的DSP系统的驱动架购设计，作出了一些研究和论述。给出了小型机器人的运动控制的驱动电路的设计。最后，对这种架构下的自行设计出来的机器人，在超级市场中进行了实际的稳定性测试。
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