RFID導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

本文采用了無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)、紅外線距離傳感技術(shù)和地磁感應(yīng)電子羅盤(pán)相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)出了一種基于DSP控制的信息融合的自主移動(dòng)的機(jī)器人的導(dǎo)航與控制系統(tǒng)。
并且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況的需要，對(duì)傳統(tǒng)的紅外避障傳感器進(jìn)行了一些改進(jìn)，同時(shí)，對(duì)信息融合狀態(tài)下的DSP系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)架購(gòu)設(shè)計(jì)，作出了一些研究和論述。給出了小型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。最后，對(duì)這種架構(gòu)下的自行設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)器人，在超級(jí)市場(chǎng)中進(jìn)行了實(shí)際的穩(wěn)定性測(cè)試。

1前言

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人民生活水平提高，機(jī)器人已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活中。這個(gè)時(shí)代的來(lái)臨，出現(xiàn)了各種新型機(jī)器人，如清掃機(jī)器人、安防機(jī)器人。移動(dòng)機(jī)器人的最重要的部分之一：導(dǎo)航系統(tǒng)，更加引起機(jī)器人領(lǐng)域的關(guān)注。機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)許多機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域至關(guān)重要如：智能倉(cāng)庫(kù)，超市導(dǎo)購(gòu)，家用機(jī)器人，自動(dòng)化圖書(shū)館，智能醫(yī)院等。比較普遍的是尋線機(jī)器人。作者在讀研期間，多次參加這類機(jī)器人比賽和設(shè)計(jì)。實(shí)際設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)：因?yàn)槭艿焦潭ň€的限制，這種體系并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的全方位的自主運(yùn)行。另外，這種方法受到光的影響很大，不能實(shí)際的應(yīng)用與生活中。線在地表也會(huì)影響地面美觀。在經(jīng)過(guò)充分的文獻(xiàn)查找和思考后提出了一種新的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)，把RFID，地磁感應(yīng)，DSP等技術(shù)融合。進(jìn)行了實(shí)際的系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性測(cè)試。

2 導(dǎo)航硬件系統(tǒng)

我們開(kāi)發(fā)的硬件系統(tǒng)主要由：DSP核心板,RFID板,系統(tǒng)主板，電子羅盤(pán)，驅(qū)動(dòng)板構(gòu)成。

2.1 DSP核心板

我們自行設(shè)計(jì)的DSP系統(tǒng)采用TMS320F2812為核心，2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性價(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片。核心采用高速的處理機(jī)，主要是考慮以后對(duì)于系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)。以及方便算法的移植。指令系統(tǒng)最高可在150MHZ主頻下工作，并帶有18k的0等待周期片上SRAM和128k片上存取時(shí)間為36ns FLASH。其片上外設(shè)主要包括ADC、雙SCI、SPI、McBSP、eCAN等，并帶有事件管理模塊（EVA、EVB），分別包括6路PWM/CMP、2路QEP、3路CAP、2路16位定時(shí)器。其中的雙SCI可以一路接傳感器一路接PC及時(shí)輸出調(diào)試信息。16位的PWM可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的調(diào)速。CAP等方便了與傳感器的接口。最大輸入為3V的16路、12位,轉(zhuǎn)換時(shí)間為80ns的ADC可以同時(shí)接16路距離傳感器。2812擁有16×16位雙乘法累加器，可以為處理射頻和地磁方向信號(hào)提供足夠的處理速度。由于2812核心電壓（1.8V）和起振頻率的特殊性，此核心板采用無(wú)源晶振。

核心板采用TPS767D318雙路輸出低壓降LDO。提供雙電源，保證了核心電壓1.8V的穩(wěn)定供給。TPS767D318有高速的瞬態(tài)響應(yīng)，專用于DSP，最大可以提供1A的電流。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)IO和核心的分時(shí)復(fù)位。有上電復(fù)位功能，低壓保護(hù)功能，其復(fù)位延遲時(shí)間為200ms。有過(guò)熱保護(hù)功能。最大功率計(jì)算可以用式1計(jì)算。

(1)

其中TJMAX是最大允許溫度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般TPS767D318為125度左右。TA是環(huán)境溫度。 RθJA是連接阻抗。對(duì)于28管腳通常為27.9°C/W。實(shí)際的功耗可由式2計(jì)算，其中VI和VO分別為輸入輸出電壓，IO為輸出電流。

(2)

在外圍電壓濾波方面采用多級(jí)坦電容（104和220uF）并聯(lián)的方式。這樣的設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生低ESR的效果。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在頻域，104能極大的濾除高頻干擾，而220uF能夠最佳程度的降低電壓的低頻干擾。