專利名稱：新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于微型機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微電腦鼠是使用嵌入式微控制器、傳感器和機(jī)電運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成的一種智能行走機(jī)器人，在國(guó)外已經(jīng)競(jìng)賽了將近30年，由其原理可以轉(zhuǎn)化為多種實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人，近幾年內(nèi)才引進(jìn)國(guó)內(nèi)，并逐漸成為一個(gè)新興的競(jìng)賽項(xiàng)目。微電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動(dòng)記憶和選擇路徑，采用相應(yīng)的算法，快速地到達(dá)所設(shè)定的目的地。一只優(yōu)秀的微電腦鼠必須具備良好的感知能力，有良好的行走能力，優(yōu)秀的智能算法，一只完整的微電腦鼠在大體分為以下幾個(gè)部分 I)傳感器傳感器是微電腦鼠的眼睛，是微電腦鼠準(zhǔn)確獲取外部環(huán)境信息的依據(jù)，然后把外界信息輸送到微處理器進(jìn)行各種條件判斷。2)電機(jī)執(zhí)行電機(jī)是微電腦鼠的動(dòng)力源，它根據(jù)微處理器的指令來(lái)執(zhí)行微電腦鼠在迷宮中行走時(shí)的相關(guān)動(dòng)作。3)算法算法是微電腦鼠的靈魂。微電腦鼠必須采用一定的智能算法才能找到終點(diǎn)，才能找到一條最短的路徑，在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)終點(diǎn)。4)微處理器微處理器是微電腦鼠的核心部分,是微電腦鼠的大腦。微電腦鼠所有的信息，包括墻壁信息，位置信息，角度信息和電機(jī)狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過微處理器處理并做出相應(yīng)的判斷。微電腦鼠結(jié)合了多學(xué)科知識(shí)，對(duì)于提升在校學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生課堂知識(shí)的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面都非常有幫助。另外電腦鼠走迷宮極具趣味性，容易得到學(xué)生的認(rèn)同及參與，并能很好的激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生這方面的興趣和愛好。其開展必然提升參賽者在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)水平和應(yīng)用能力，為技術(shù)創(chuàng)新提供平臺(tái)?？梢耘囵B(yǎng)大批相關(guān)領(lǐng)域的人才，進(jìn)而促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。由于國(guó)內(nèi)研發(fā)此機(jī)器人的單位較少，對(duì)國(guó)際規(guī)則讀取水平較低，相對(duì)水平比較落后，現(xiàn)有技術(shù)中的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)制包含一個(gè)單片機(jī)，如圖I所示。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，包括
(1)作為微電腦鼠的眼睛采用的是超聲波或者是一般的紅外傳感器，使得微電腦鼠在快速?zèng)_刺時(shí)對(duì)周圍迷宮的判斷存在一定的誤判；
(2)作為微電腦鼠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的是步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)常會(huì)遇到丟失脈沖的問題出現(xiàn)，導(dǎo)致對(duì)沖刺位置的記憶出現(xiàn)錯(cuò)誤；
(3)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得機(jī)體發(fā)熱比較嚴(yán)重，不利于在大型復(fù)雜迷宮中快速?zèng)_刺；
(4)由于采用比較低級(jí)的算法，在迷宮當(dāng)中的沖刺一般都要花費(fèi)15 30秒的時(shí)間，這使得在真正的大賽中無(wú)法取勝；
(5)由于微電腦鼠在快速?zèng)_刺過程中要頻繁的剎車和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單片信號(hào)處理器無(wú)法滿足微電腦鼠快速?zèng)_刺的要求；
(6)相對(duì)采用的都是一些體積比較大的插件元器件使得微電腦鼠的體積比較龐大，無(wú)法滿足快速?zèng)_刺的要求；
(7)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，特別是周圍一些光線的干擾，單片機(jī)控制器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常，引起微電腦鼠失控，抗干擾能力較差；
(8)對(duì)于差速控制的微電腦鼠來(lái)說，一般要求其兩個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)要同步，但是對(duì)于單一單片機(jī)來(lái)說又很難辦到，使得微電腦鼠在直道上行駛的時(shí)候就要來(lái)回的補(bǔ)償，特別是對(duì)于高速?zèng)_刺時(shí)，微電腦鼠有的時(shí)候在迷宮當(dāng)中搖擺幅度較大；
(9)由于受單片機(jī)容量和算法影響，微電腦鼠對(duì)迷宮的信息沒有存儲(chǔ)，當(dāng)遇到掉電情況 時(shí)候所有的信息將消失，這使得整個(gè)沖刺過程無(wú)法完成。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中抗干擾能力差的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括處理器單元、第一控制器、第二控制器、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及微電腦鼠，所述的處理器單元發(fā)出控制信號(hào)至所述的第一控制器和第二控制器，由所述的第一控制器分別控制第二高速直流電機(jī)和第一高速直流電機(jī)，通過第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理器合成之后，由所述的第一高速直流電機(jī)控制微電腦鼠的速度，所述的第二高速直流電機(jī)控制微電腦鼠的方向，其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的處理器單元還包括設(shè)于單片機(jī)和LM629芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/o控制模塊，其中，單片機(jī)用于控制迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊，LM629芯片用于控制伺服控制模塊，且單片機(jī)及LM629芯片之間實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)還包括電池，所述的電池為鋰離子電池。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括轉(zhuǎn)換模塊，所述的轉(zhuǎn)換模塊包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括編碼器模塊，所述的編碼器模塊用于檢測(cè)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過快或過慢，并發(fā)出控制信號(hào)。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括電流模塊，所述的電流模塊用于調(diào)整電池的供電功率達(dá)到微電腦鼠需要的范圍。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括速度模塊，所述的速度模塊與編碼器模塊通訊連接，當(dāng)編碼器模塊檢測(cè)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速過快或過慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測(cè)的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括坐標(biāo)模塊，所述的坐標(biāo)模塊用于檢測(cè)微電腦鼠的坐標(biāo)位置，接到控制器發(fā)出的沖刺命令后，會(huì)沿著起點(diǎn)開始快速向終點(diǎn)沖刺。本發(fā)明的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，為了提高運(yùn)算速度，保證新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明在處理器單元的單片機(jī)中引入LM629芯片，形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器，此處理器單元充分考慮電池在這個(gè)系統(tǒng)的作用，把新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)中工作量最大的兩軸伺服系統(tǒng)交給LM629芯片處理，充分發(fā)揮LM629芯片數(shù)據(jù)處理速度較快的特點(diǎn)，而迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊交給單片機(jī)控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分工，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來(lái)，抗干擾能力大大增強(qiáng)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框 圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框 圖3為圖2中處理器單元的方框 圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的微電腦鼠迷宮示意 圖5為微電腦鼠速度曲線 圖6為微電腦鼠右轉(zhuǎn)沖刺示意 圖7為微電腦鼠左轉(zhuǎn)沖刺意義圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代末誕生至今，經(jīng)歷了單片微型計(jì)算機(jī)SCM、微控制器MCU及片上系統(tǒng)SoC三大階段，前兩個(gè)階段分別以MCS-51和80C51為代表。隨著在嵌入式領(lǐng)域中對(duì)單片機(jī)的性能和功能要求越來(lái)越高，以往的單片機(jī)無(wú)論是運(yùn)行速度還是系統(tǒng)集成度等多方面都不能滿足新的設(shè)計(jì)需要，這時(shí)Silicon Labs公司推出了 C8051F系列單片機(jī),成為SoC的典型代表。C8051F具有上手快(全兼容8051指令集)、研發(fā)快(開發(fā)工具易用，可縮短研發(fā)周期)和見效快(調(diào)試手段靈活)的特點(diǎn)，其性能優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下方面基于增強(qiáng)的CIP-51內(nèi)核，其指令集與MCS-51完全兼容，具有標(biāo)準(zhǔn)8051的組織架構(gòu)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的803χ/805χ匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，70%的的指令執(zhí)行時(shí)間為I或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，是標(biāo)準(zhǔn)8051指令執(zhí)行速度的12倍；其峰值執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS(C8051F120等)，是目前世界上速度最快的8位單片機(jī)；增加了中斷源。標(biāo)準(zhǔn)的8051只有7個(gè)中斷源Silicon Labs公司C8051F系列單片機(jī)擴(kuò)展了中斷處理這對(duì)于時(shí)實(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的處理是很重要的擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向CIP-51提供22個(gè)中斷源允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷一個(gè)中斷處理需要較少的CPU干預(yù)卻有更高的執(zhí)行效率；集成了豐富的模擬資源，絕大部分的C8051F系列單片機(jī)都集成了單個(gè)或兩個(gè)ADC，在片內(nèi)模擬開關(guān)的作用下可實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換；片內(nèi)ADC的采樣精度最高可達(dá)24bit，采樣速率最高可達(dá)500ksps，部分型號(hào)還集成了單個(gè)或兩個(gè)獨(dú)立的高分辨率DAC，可滿足絕大多數(shù)混合信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)與模擬電子系統(tǒng)的無(wú)縫接口 ；片內(nèi)溫度傳感器則可以迅速而精確的監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度并通過程序作出相應(yīng)處理，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。選用C8051F120作為本系統(tǒng)的中央處理器完全能夠滿足系統(tǒng)的需要。LM629芯片是National semiconductor生產(chǎn)的一款用于精密運(yùn)動(dòng)控制的專用芯片，有24腳和28腳二種表面安裝式封裝，在一個(gè)芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運(yùn)動(dòng)控制的全部功能，使得設(shè)計(jì)一個(gè)快速、準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)變得輕松、容易，它有以下特性
I)工作頻率為6MHz和8MHz，工作溫度范圍為-40°C +85°C，使用5V電源。2) 32位的位置、速度和加速度存器；
3)8位分辨率的PWM脈寬調(diào)制輸出； 4)16位可編程數(shù)字PID控制器；
5)內(nèi)部的梯形速度發(fā)生器；
6)該芯片可實(shí)時(shí)修改速度、目標(biāo)位置和PID控制參數(shù)；
7)實(shí)時(shí)可編程中斷；可編程微分項(xiàng)采樣間隔；
8)對(duì)增量碼盤信號(hào)進(jìn)行四倍頻；
9)可設(shè)置于速度或位置伺服兩種工作狀態(tài)。上述特點(diǎn)使得LM629芯片特別適合伺服運(yùn)動(dòng)控制中。如圖2所示，為本發(fā)明較佳實(shí)施例的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖。本實(shí)施例中，新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)包括電池、處理器單元、第一控制器、第二控制器、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及微電腦鼠。其中，所述的電池為鋰離子電池，是一種供電裝置，為整個(gè)系統(tǒng)的工作提供工作電壓。本發(fā)明中所述的處理器單元內(nèi)置控制系統(tǒng)，所述的處理器單元發(fā)出控制信號(hào)至所述的第一控制器和第二控制器，由所述的第一控制器分別控制第二高速直流電機(jī)和第一高速直流電機(jī)，通過第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理器合成之后，由所述的第一高速直流電機(jī)控制微電腦鼠的速度，所述的第二高速直流電機(jī)控制微電腦鼠的方向。其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片。本發(fā)明為克服單一的單片機(jī)不能滿足新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)所采用單一的單片機(jī)的工作模式，提供了基于單片機(jī)+LM629芯片的全新控制模式。處理器單元以LM629芯片為處理核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，把單片機(jī)從復(fù)雜的工作當(dāng)中解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)部分的信號(hào)處理算法和LM629芯片的控制邏輯，并響應(yīng)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信號(hào)。請(qǐng)參閱圖3，所述的處理器單元為一雙核處理器，其包括單片機(jī)及LM629芯片，二者可相互通訊，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。所述的處理器單元還包括設(shè)于單片機(jī)以及LM629芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊，其中，單片機(jī)用于控制迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊，LM629芯片用于控制伺服控制模塊。上位機(jī)系統(tǒng)包括迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊以及在線輸出模塊。迷宮讀取模塊將已經(jīng)預(yù)設(shè)好的迷宮進(jìn)行調(diào)出；坐標(biāo)定位模用于提示微電腦鼠的位置以及位置參數(shù)設(shè)置等；在線輸出模塊用于提示微電腦鼠的工作狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊。其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為一存儲(chǔ)器；1/0控制模塊包括RS-232串行接口、ICE端口等。伺服控制模塊進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換模塊、編碼器模塊、電流模塊、速度模塊以及坐標(biāo)模塊。 其中，所述的轉(zhuǎn)換模塊包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC，Analog to DigitalConverter)及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC, Digital to Analog Converter);所述的編碼器模塊用于檢測(cè)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過快或過慢，并發(fā)出控制信號(hào)。所述的電流模塊與電池和控制器、轉(zhuǎn)換模塊連接。轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)電池和控制器的電流，判斷工作功率，并把功率狀況反饋至電池，電流模塊用于調(diào)整電池的供電功率達(dá)到微電腦鼠需要的范圍。
所述的速度模塊與編碼器模塊通訊連接，當(dāng)編碼器模塊檢測(cè)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速過快或過慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測(cè)的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速。所述的坐標(biāo)模塊用于檢測(cè)微電腦鼠的坐標(biāo)位置，接到控制器發(fā)出的沖刺命令后，會(huì)沿著起點(diǎn)開始快速向終點(diǎn)沖刺。對(duì)于處理器單元為一雙核處理器，在電源打開狀態(tài)下，微電腦鼠先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，然后把微電腦鼠放在迷宮起始點(diǎn)，微電腦鼠靠前方、左右側(cè)面蔽障傳感器根據(jù)實(shí)際導(dǎo)航環(huán)境傳輸參數(shù)給處理器單元中的單片機(jī)，單片機(jī)處理后與LM629芯片通訊，然后由LM629芯片處理兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊給單片機(jī)，由單片機(jī)繼續(xù)處理后續(xù)的運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合以上描述，上位機(jī)系統(tǒng)包括迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊、在線輸出模塊；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、I/o控制模塊。其中，工作量最大的伺服控制模塊交給LM629芯片控制，其余的包括上位機(jī)系統(tǒng)的全部模塊交給單片機(jī)控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分工，同時(shí)二者之間也可以進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。其具體的功能實(shí)現(xiàn)如下
1)在微電腦鼠未接到?jīng)_刺命令之前，如圖4所示，它一般會(huì)在起點(diǎn)坐標(biāo)(O，O)等待控制器發(fā)出的沖刺命令，并調(diào)出已經(jīng)探索后的最優(yōu)迷宮，一旦接到?jīng)_刺命令后，會(huì)沿著起點(diǎn)開始快速向終點(diǎn)(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)沖刺；
2)微電腦鼠放在起點(diǎn)坐標(biāo)(0，0)，接到任務(wù)后為了防止放錯(cuò)沖刺方向，其前方的傳感器S1、S6和會(huì)對(duì)前方的環(huán)境進(jìn)行判斷，確定有沒有擋墻進(jìn)入運(yùn)動(dòng)范圍，如存在擋墻將向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)會(huì)對(duì)中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，如果單片機(jī)的中斷響應(yīng)沒有來(lái)得及處理，微電腦鼠的第一馬達(dá)和第二馬達(dá)將繼續(xù)自鎖，然后二次判斷迷宮確定前方信息，防止信息誤判，如果沒有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，微電腦鼠將進(jìn)行正常的沖刺；
3)在微電腦鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)如果有多個(gè)坐標(biāo)沒有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，微電腦鼠將存儲(chǔ)其坐標(biāo)(X，Y)，為了快速行走需要，舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式，按照?qǐng)D5的速度和時(shí)間曲線進(jìn)行加速和減速，在其向前運(yùn)動(dòng)過程中，每經(jīng)過一個(gè)方格，將更新其坐標(biāo)為(父，丫+1)，在￥+1〈15的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7,8), (8,7), (8,8)其中的一個(gè)，如果不是的話將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為O，微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
4)在微電腦鼠沿著Y軸反向運(yùn)動(dòng)過程中如果有多個(gè)坐標(biāo)沒有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，微電腦鼠將存儲(chǔ)此時(shí)坐標(biāo)(X，Y)，為了快速行走需要，舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式，按照?qǐng)D5的速度和時(shí)間曲線進(jìn)行加速和減速，在其向前運(yùn)動(dòng)過程中，每經(jīng)過一個(gè)方格，將更新其坐標(biāo)為(X，Y-1)，在確定Y-DO的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個(gè)，如果不是的話將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為0，微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
5)在微電腦鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)過程中如果有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，并且此時(shí)迷宮信息中左方有擋墻時(shí)，微電腦鼠將存儲(chǔ)此時(shí)坐標(biāo)(X，Y)，然后進(jìn)入圖6所示的曲線運(yùn)動(dòng) 軌跡，在右沖刺轉(zhuǎn)彎時(shí)，微電腦鼠將首先前往直線走很短的距離DashTurn_R90_Leading,此時(shí)R90_FrOntWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補(bǔ)償，誤差補(bǔ)償結(jié)束后開始調(diào)整兩個(gè)第一馬達(dá)和第二馬達(dá)速度為DashTurn_R90_VelXl和DashTurn_R90_VelYl，此速度使微電腦鼠沿軌跡轉(zhuǎn)過一段距離DashTUrn_R90_ArCl，隨后，微電腦鼠開始調(diào)整速度為DashTurn_R90_VelX2和DashTurn_R90_VelY2，此速度使微電腦鼠沿軌跡轉(zhuǎn)過一段距離DashTurn_R90_Arc2,最后微電腦鼠再移動(dòng)一段距離DashTurn_R90_Passing,完成整個(gè)右轉(zhuǎn)彎的軌跡曲線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)將更新其坐標(biāo)為(X+1，Y)，在X+l〈15的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個(gè)，如果不是的話將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為O,微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
6)在微電腦鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)過程中如果有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，并且此時(shí)迷宮信息中右方有擋墻時(shí)，微電腦鼠將存儲(chǔ)此時(shí)坐標(biāo)(X，Y)，然后進(jìn)入圖7所示的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡，在左沖刺轉(zhuǎn)彎時(shí)，微電腦鼠將首先前往直線走很短的距離DashTurn_L90_Leading,此時(shí)L90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補(bǔ)償，誤差補(bǔ)償結(jié)束后開始調(diào)整兩個(gè)馬達(dá)X和馬達(dá)Y速度為DashTurn_L90_VelXl和DashTurn_L90_VelYl，此速度使微電腦鼠沿軌跡轉(zhuǎn)過一段距離DashTurn_L90_Arcl,隨后，微電腦鼠開始調(diào)整速度為DashTurn_L90_VelX2和DashTurn_L90_VelY2，此速度使微電腦鼠沿軌跡轉(zhuǎn)過一段距離DashTurn_L90_Arc2,最后電子鼠再移動(dòng)一段距離DashTurn_L90_Passing,完成整個(gè)左轉(zhuǎn)彎的軌跡曲線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)將更新其坐標(biāo)為(X-1，Y)，在X-DO的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，
8)、(8，7)、(8，8)其中的一個(gè)，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為O,微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
7)當(dāng)微電腦鼠沖刺到達(dá)(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)后會(huì)準(zhǔn)備沖刺后的返程探索以便搜尋更優(yōu)的路徑，控制器會(huì)調(diào)出其已經(jīng)存儲(chǔ)的迷宮信息，然后計(jì)算出可能存在的其它最佳路徑，然后返程開始進(jìn)入其中認(rèn)為最優(yōu)的一條；
8)在微電腦鼠進(jìn)入迷宮返程探索時(shí)，并其導(dǎo)航的傳感器SI、S2、S3、S4、S5和S6將工作，并把反射回來(lái)的光電信號(hào)送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)判斷后送給LM629芯片，由LM629芯片運(yùn)算后與單片機(jī)進(jìn)行通訊，然后由控制器送控制信號(hào)給導(dǎo)航的第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)進(jìn)行確定如果進(jìn)入已經(jīng)搜索的區(qū)域?qū)⑦M(jìn)行快速前進(jìn)，如果是未知返回區(qū)域則采用正常速度搜索，并時(shí)刻更新其坐標(biāo)(X，Y)，并判斷其坐標(biāo)是不是(0，0)，如果是的話置返航探索標(biāo)志為O,微電腦鼠進(jìn)入沖刺階段,并置沖刺標(biāo)志為I ;
9)為了能夠?qū)崿F(xiàn)微電腦鼠準(zhǔn)確的坐標(biāo)計(jì)算功能，本發(fā)明在第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的軸上上加入了 512線的光碼盤，時(shí)刻對(duì)微電腦鼠運(yùn)行的距離進(jìn)行計(jì)算并根據(jù)迷宮擋墻和柱子對(duì)傳感器反饋信息不同的特點(diǎn)引入了補(bǔ)償，使得微電腦鼠的沖刺坐標(biāo)計(jì)算不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；
10)為了能夠減少光源對(duì)微電腦鼠沖刺的干擾，本發(fā)明加入了光電傳感器S7，此傳感器會(huì)在微電腦鼠沖刺階段對(duì)周圍的異常光源進(jìn)行讀取，并自動(dòng)送給控制器做實(shí)時(shí)補(bǔ)償，消除了外界光源對(duì)沖刺的干擾。綜上所述的，本發(fā)明揭示的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，為了提高運(yùn)算速度，保證新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明在處理器單元的單片機(jī)中引入LM629芯片，形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器，此處理器單元充分考 慮電池在這個(gè)系統(tǒng)的作用，把新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)中工作量最大的兩軸伺服系統(tǒng)交給LM629芯片處理，充分發(fā)揮LM629芯片數(shù)據(jù)處理速度較快的特點(diǎn)，而迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊交給單片機(jī)控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分工，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來(lái)，抗干擾能力大大增強(qiáng)。本發(fā)明新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)具有的有益效果是
1:在運(yùn)動(dòng)過程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng)中的作用,基于單片機(jī)+LM629的處理器單元時(shí)刻都在對(duì)微電腦鼠的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和運(yùn)算，避免了大電流的產(chǎn)生，并且時(shí)刻顯示鋰離子電池的S0C，有利于了解電池的能量狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)較低時(shí)，可以在沖刺前提前換掉電池，從而減少了電池對(duì)高速?zèng)_刺的誤干擾；
2:由LM629芯片處理微電腦鼠高速?zèng)_刺時(shí)的兩只電機(jī)的伺服控制，使得控制比較簡(jiǎn)單，大大提高了運(yùn)算速度，解決了單片機(jī)軟件運(yùn)行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且系統(tǒng)可移植能力強(qiáng)；
3:本發(fā)明基本實(shí)現(xiàn)全貼片元器件材料，實(shí)現(xiàn)了單板控制，不僅降低了微電腦鼠的體積，而且也降低了其重心，有利于其快速?zèng)_刺；
4:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了微電腦鼠的速度大小和方向的獨(dú)立控制，有利于提高微電腦鼠小車的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能；
5:為了提高運(yùn)算速度和精度，本微電腦鼠采用了國(guó)際上使用最多的紅外發(fā)射器0PE5594A和紅外接收器接收器TSL262，使得運(yùn)算精度大大提高，有利于提高高速?zèng)_刺時(shí)對(duì)前面迷宮擋墻的探知；
6:由于本控制器采用LM629芯片處理大量的數(shù)據(jù)與算法，并充分考慮了周圍的干擾源，并把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來(lái)，抗干擾能力大大增強(qiáng)；
7:在微電腦鼠快速?zèng)_刺過程中，控制器會(huì)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識(shí)并利用電機(jī)力矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)對(duì)微電腦鼠快速?zèng)_刺的影響；
8:由于微電腦鼠的速度和方向獨(dú)立控制，使得微電腦鼠更容易實(shí)現(xiàn)曲線軌跡的轉(zhuǎn)動(dòng)；
9:由于具有存儲(chǔ)功能，這使得微電腦鼠可以輕易調(diào)取已經(jīng)探索好的迷宮信息，可以優(yōu)化二次沖刺的路徑，降低沖刺時(shí)間；10:由于采用的單片機(jī)是工業(yè)級(jí)的C8051F120，在滿足實(shí)用性的同時(shí)，其內(nèi)核就是傳統(tǒng)的8051的內(nèi)核，使得編程者可以很好的二次開發(fā)。 以上所述的僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括處理器單元、第一控制器、第二控制器、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及微電腦鼠，所述的處理器單元發(fā)出控制信號(hào)至所述的第一控制器和第二控制器，由所述的第一控制器分別控制第二高速直流電機(jī)和第一高速直流電機(jī)，通過第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理器合成之后，由所述的第一高速直流電機(jī)控制微電腦鼠的速度，所述的第二高速直流電機(jī)控制微電腦鼠的方向，其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器單元還包括設(shè)于單片機(jī)和LM629芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊，其中，單片機(jī)用于控制迷宮讀取模塊、坐標(biāo)定位模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊，LM629芯片用于控制伺服控制模塊，且單片機(jī)和LM629芯片之間實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)還包括電池，所述的電池為鋰離子電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括轉(zhuǎn)換模塊，所述的轉(zhuǎn)換模塊包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括編碼器模塊，所述的編碼器模塊用于檢測(cè)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過快或過慢，并發(fā)出控制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括電流模塊，所述的電流模塊用于調(diào)整電池的供電功率達(dá)到微電腦鼠需要的范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括速度模塊，所述的速度模塊與編碼器模塊通訊連接，當(dāng)編碼器模塊檢測(cè)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速過快或過慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測(cè)的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)微電腦鼠實(shí)際轉(zhuǎn)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括坐標(biāo)模塊，所述的坐標(biāo)模塊用于檢測(cè)微電腦鼠的坐標(biāo)位置，接到控制器發(fā)出的沖刺命令后，會(huì)沿著起點(diǎn)開始快速向終點(diǎn)沖刺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型微電腦鼠快速?zèng)_刺自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括處理器單元、第一控制器、第二控制器、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及微電腦鼠，所述的處理器單元發(fā)出控制信號(hào)至所述的第一控制器和第二控制器，由所述的第一控制器分別控制第二高速直流電機(jī)和第一高速直流電機(jī)，通過第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理器合成之后，由所述的第一高速直流電機(jī)控制微電腦鼠的速度，所述的第二高速直流電機(jī)控制微電腦鼠的方向，其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片。本發(fā)明在形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來(lái)，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
文檔編號(hào)G05D27/02GK102841620SQ20121035402
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者張好明, 王應(yīng)海, 張?bào)阍?申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院