基于無線通信的嵌入式機(jī)器人控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　輪式移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它集機(jī)械、電子、檢測技術(shù)與智能控制于一體，是一個(gè)典型的智能控制系統(tǒng)。智能機(jī)器人比賽集高科技、娛樂、競技于一體，已成為國際上廣泛開展的高技術(shù)對抗活動(dòng)。

　　 無線通信接口設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用迅通公司生產(chǎn)的PTR2000無線通信數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。電路接口如圖2所示。該模塊基于NORDIC公司生產(chǎn)的射頻器件nRF401開發(fā)，其特點(diǎn)是：①有兩個(gè)頻道可供選擇，工作速率高達(dá)20 Kb／s；②接收發(fā)射合一，適合雙工和單工通信，因而通信方式比較靈活；③體積小，所需外圍元件少，接口電路簡單，因此特別適合機(jī)器人小型化要求；④可直接接單片機(jī)串口模塊，控制簡單；⑤抗干擾能力強(qiáng)；⑥功耗小，通信穩(wěn)定。

　　超聲波測距傳感器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　兩路超聲波傳感器用以控制機(jī)器人避開障礙物，并預(yù)測機(jī)器人相對目的地距離，起導(dǎo)航作用，其接收部分與微控制器的捕獲和定時(shí)管腳相連接。整個(gè)超聲波檢測系統(tǒng)由超聲波發(fā)射、超聲波接收和單片機(jī)控制等部分組成。發(fā)射部分由高頻振蕩器、功率放大器及超聲波換能器組成。經(jīng)功率放大器放大后，通過超聲波換能器發(fā)射超聲波。

　　圖5給出由數(shù)字集成電路構(gòu)成的超聲波振蕩電路，振蕩器產(chǎn)生的高頻電壓信號(hào)通過電容C2隔除掉了信號(hào)中的直流量并給超聲波換能器MA40S2S。其工作過程：U1A和UlB產(chǎn)生與超聲波頻率相對應(yīng)的高頻電壓信號(hào)，該信號(hào)通過反向器U1C變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，再經(jīng)功率放大，C2隔除直流信號(hào)后加在超聲波換能器MA40S2S進(jìn)行超聲波發(fā)射。如果超聲波換能器長時(shí)間加直流電壓，會(huì)使其特性明顯變差，因此一般對交流電壓進(jìn)行隔除直流處理。U2A為 74ALS00與非門，control_port（控制端口）引腳為控制口，當(dāng)control_port為高電平時(shí)，超聲波換能器發(fā)射超聲波信號(hào)。

　　圖6示出為超聲波接收電路。超聲波接收換能器采用MA40S2R，對換能器接收到的信號(hào)采用集成運(yùn)算放大器LM324進(jìn)行信號(hào)放大，經(jīng)過三級放大后，通過電壓比較器LM339將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL脈沖信號(hào)。INT_Port與單片機(jī)中斷管腳相連，當(dāng)接收到中斷信號(hào)后，單片機(jī)立即進(jìn)入中斷并對超聲波信號(hào)進(jìn)行處理和判斷。

　　根據(jù)競技機(jī)器人的功能要求進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，將各個(gè)功能進(jìn)行模塊化，其控制系統(tǒng)硬件框圖如圖所示。中央處理器采用微控制器結(jié)構(gòu)，用以控制外圍設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行。舵機(jī)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向；驅(qū)動(dòng)電機(jī)電動(dòng)機(jī)采用輸出軸配有光電編碼器的小型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)。電磁鐵作為機(jī)械手夾緊的執(zhí)行元件。設(shè)置了兩路超聲波傳感器、8路光電檢測輸入和8路開關(guān)量檢測接口。