基于ARM的嵌入式服務(wù)機(jī)器人控制器的研究

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。首先它是用戶控制邏輯的具體執(zhí)行者，服務(wù)機(jī)器人的各種控制功能必須通過硬件實(shí)現(xiàn)；其次它也是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)軟件移植和運(yùn)行的硬件環(huán)境。這里采用部件模塊化，接口標(biāo)準(zhǔn)化，互換性、擴(kuò)展性好，可靠性高的硬件設(shè)計(jì)原則。
服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)控制服務(wù)機(jī)器人的導(dǎo)航、啟動(dòng)、停車、運(yùn)行控制、路徑規(guī)劃、安全監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)通訊及語音識(shí)別等功能。該控制系統(tǒng)主要由主控、導(dǎo)引、驅(qū)動(dòng)、通訊、安全與輔助、語音識(shí)別、液晶觸摸屏以及電源管理等單元組成。圖2為其功能結(jié)構(gòu)框圖。

嵌入式處理器是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心元件，其性能好壞直接決定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，所提供功能的強(qiáng)弱直接決定嵌入式應(yīng)用的適應(yīng)范圍和開發(fā)復(fù)雜度。嵌入式處理器一般具備以下特點(diǎn)：支持實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)；具有強(qiáng)存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能；處理器結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展；功耗低。圖3為基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)的服務(wù)機(jī)器從主控制器模塊結(jié)構(gòu)。

選用三星公司ARM9系列的S3C2410處理器作為服務(wù)機(jī)器人的控制CPU，在嵌入式系統(tǒng)μC／OS-II下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制。S3C2410處理器采用 ARM920T內(nèi)核，5級(jí)流水線指令結(jié)構(gòu)，片內(nèi)鎖相環(huán)，內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá)200 MHz，因此可用來進(jìn)行復(fù)雜控制算法，提高控制精度。S3C2410有117個(gè)I／O口和24個(gè)外部中斷源，內(nèi)部具有豐富的接口控制器，如：USB控制器、DMA控制器、UART控制器、I2C控制器等，這樣可簡(jiǎn)化外圍電路，同時(shí)其內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá)200 MHz，高性能指令集及可與C語言交叉匯編使其能完成復(fù)雜運(yùn)算，提高服務(wù)機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性。
ARM處理器模塊通過兩個(gè)RS-232串口分別與傳感器模塊、伺服控制模塊連接，RS-232串口均丁作在中斷模式下，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。伺服控制模塊與傳感器模塊均基于TI公司的TMS320LF2407型DSP，伺服模塊可同時(shí)控制4路直流伺服電機(jī)，傳感器模塊可接24路超聲傳感器和24路紅外傳感器，模塊在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到降低成本和功耗，同時(shí)注重其實(shí)時(shí)性和可靠性。