專利名稱：微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于微型機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(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(guò)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(ài)好。其開(kāi)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)中的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)制包含一個(gè)單片機(jī)。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問(wèn)題，包括(I)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(wèn)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；[0013](5)由于微電腦鼠在快速?zèng)_刺過(guò)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(shuō)，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(shuō)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(méi)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(guò)程無(wú)法完成；(10)微電腦鼠在運(yùn)行過(guò)程中，一定遇到撞墻情況都會(huì)發(fā)生電機(jī)堵轉(zhuǎn)情況，造成電機(jī)瞬間電流過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)燒壞電機(jī)。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中抗干擾能力差的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，包括單片機(jī)、第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一電機(jī)、第二電機(jī)，所述的單片機(jī)分別與第一 LM629芯片和第二 LM629芯片通訊，所述的第一 LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由所述的第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第一電機(jī)，所述的第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第二電機(jī)。在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的第一 LM629芯片和第一電機(jī)之間還連接有第一編碼器，所述的第二 LM629芯片和第二電機(jī)之間還連接有第二編碼器。在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的第一 LM629芯片和第二 LM629芯片內(nèi)部還包括運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器，所述的運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器用于生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，其包含的面積就是微電腦鼠兩個(gè)馬達(dá)要運(yùn)行的距離。在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的第一 LM629芯片和第二 LM629芯片內(nèi)部還包括電機(jī)位置解碼器，所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀微電腦鼠的位置數(shù)據(jù)。在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的第一 LM629芯片和第二 LM629芯片內(nèi)部還包括閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)微電腦鼠的驅(qū)動(dòng)功率。在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的第一電機(jī)和第二電機(jī)上還安裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出微電腦鼠的位置信號(hào)。在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的單片機(jī)還與傳感器通訊，所述的傳感器用于判斷周圍的環(huán)境并送給單片機(jī)，由單片機(jī)把這些環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為微電腦鼠左右輪要運(yùn)行的距離、速度和加速度。[0028]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，其特征在于，所述的傳感器包括前方蔽障傳感器、側(cè)面蔽障傳感器和電壓傳感器。在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的單片機(jī)為工業(yè)級(jí)的C8051F120。本實(shí)用新型的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，為了提高運(yùn)算速度，保證微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本實(shí)用新型在基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)中引入精密運(yùn)動(dòng)控制專用的LM629芯片，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)。

圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的硬件電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(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)本實(shí)用新型的保護(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(kāi)發(fā)工具易用，可縮短研發(fā)周期)和見(jiàn)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803x/805x匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)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(kāi)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(guò)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_(kāi)40°C +85°C，使用5V電源；[0037]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1所示，為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的方框圖。本實(shí)施例中，微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一電機(jī)、第二電機(jī)，所述的單片機(jī)分別與第一LM629芯片和第二 LM629芯片通訊，所述的第一 LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由所述的第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第一電機(jī)，所述的第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第二電機(jī)。上述中，所述的第一 LM629芯片和第一電機(jī)之間還連接有第一編碼器；所述的第二 LM629芯片和第二電機(jī)之間還連接有第二編碼器；所述的單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線與第一LM629芯片進(jìn)行通訊；所述的單片機(jī)通過(guò)控制總線與第二 LM629芯片進(jìn)行通訊。本實(shí)用新型中，所述的第一 LM629芯片和第二 LM629芯片內(nèi)部均包括接口、運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器、電機(jī)位置解碼器和閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器。所述的接口為I/O 口，用于連接數(shù)據(jù)總線和控制總線；所述的運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器用于生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，其包含的面積就是微電腦鼠兩個(gè)馬達(dá)要運(yùn)行的距離；所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀微電腦鼠的位置數(shù)據(jù)；所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)微電腦鼠的驅(qū)動(dòng)功率。本實(shí)用新型中，所述的單片機(jī)還與傳感器通訊，所述的傳感器用于判斷周圍的環(huán)境并送給單片機(jī)，由單片機(jī)把這些環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為微電腦鼠左右輪要運(yùn)行的距離、速度和加速度。所述的傳感器包括前方蔽障傳感器S1、S2、S3、S4，側(cè)面蔽障傳感器和電壓傳感器S5、S6，所述的電壓傳感器S7。請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)用新型中微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)還包括電池、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。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(guò)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(guò)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，處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)、第一 LM629芯片和第二 LM629芯片，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。本實(shí)用新型為克服單一的單片機(jī)不能滿足微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(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)。本實(shí)用新型具體的功能實(shí)現(xiàn)如下I)為了能夠驅(qū)動(dòng)微電腦鼠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，本控制系統(tǒng)引入了兩片LM629芯片，但是通過(guò)I/O 口與單片機(jī)進(jìn)入實(shí)時(shí)通訊，由單片機(jī)控制其開(kāi)通和關(guān)斷；2)打開(kāi)電源瞬間，單片機(jī)會(huì)對(duì)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，如果低壓的話，將禁止LM629芯片工作，電機(jī)不能自鎖，同時(shí)電壓傳感器S7將工作，并提示報(bào)警信號(hào)；3)對(duì)于基于LM629芯片的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，“忙”狀態(tài)的檢測(cè)是整個(gè)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要部分，在處理器向LM629芯片寫命令或者讀寫數(shù)字后，“忙”狀態(tài)位會(huì)被立刻置位，此時(shí)，會(huì)忽略一切命令數(shù)據(jù)傳輸，直至“忙”狀態(tài)被復(fù)位，所以在每次運(yùn)動(dòng)之前先檢測(cè)此狀態(tài)位，判斷是否為“忙”，如果是“忙”要進(jìn)行軟件復(fù)位，使系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；4)對(duì)于基于LM629芯片的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，復(fù)位也是LM629芯片伺服系統(tǒng)操作中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，復(fù)位后，查看LM629芯片的狀態(tài)字，如果不等于84H或者C4H，說(shuō)明硬件復(fù)位失敗，必須重新復(fù)位，否則LM629芯片不可以正常工作；5)在微電腦運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6判斷周圍的環(huán)境并送給單片機(jī)，單片機(jī)把這些環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為微電腦鼠左右輪要運(yùn)行的距離、速度和加速度，單片機(jī)然后與LM629芯片通訊，傳輸這些參數(shù)給LM629芯片，然后由LM629芯片生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)梯形包含的面積就是微電腦鼠兩個(gè)馬達(dá)要運(yùn)行的距離；6)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果微電腦鼠發(fā)現(xiàn)迷宮求解出現(xiàn)死循環(huán)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(méi)有來(lái)得及處理，微電腦鼠的第一電機(jī)和第二電機(jī)將原地自鎖；7)裝在第一電機(jī)和第二電機(jī)上的光碼盤會(huì)輸出其位置信號(hào)A和位置信號(hào)B,光碼盤的位置信號(hào)A脈沖和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，LM629芯片內(nèi)的位置寄存器會(huì)根據(jù)左右輪的運(yùn)行方向加I或者是減I ;8)光碼盤的位置信號(hào)A脈沖和B脈沖和Z脈沖同時(shí)為低電平時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)INDEX信號(hào)給LM629芯片，記錄電機(jī)的絕對(duì)位置，然后換算成微電腦鼠在迷宮中的具體位置；9)控制器根據(jù)微電腦鼠在迷宮的具體位置，送相應(yīng)的加速度、速度和位置數(shù)據(jù)等給LM629芯片的梯形圖發(fā)生器作為參考值，由梯形圖此計(jì)算出微電腦鼠需要更新的實(shí)際加速度、速度和位置信號(hào)；10)由運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器結(jié)合電機(jī)位置解碼器決定的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器生成功率驅(qū)動(dòng)橋需要的PWM波信號(hào)和電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)微電腦鼠系統(tǒng)第一電機(jī)和第二電機(jī)的伺服控制；11)如果微電腦鼠在運(yùn)行過(guò)程中遇到故障撞墻時(shí)，電機(jī)的電流將增大，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，LM629芯片的中斷命令LPES將會(huì)向控制器發(fā)出中斷請(qǐng)求，此時(shí)控制器會(huì)立即控制LM629芯片停止工作，從而有效地解決了堵轉(zhuǎn)問(wèn)題。12)微電腦鼠在運(yùn)行過(guò)程會(huì)時(shí)刻檢測(cè)電池電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低壓時(shí)，傳感器S7將開(kāi)啟并發(fā)出報(bào)警提示，有效地保護(hù)了鋰離子電池。綜上所述的，本實(shí)用新型揭示的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，為了提高運(yùn)算速度，保證微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本實(shí)用新型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)+FPGA的雙核處理器，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)。本實(shí)用新型微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)具有的有益效果是1:在運(yùn)動(dòng)過(guò)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控制器時(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，所以從根本上解決了大電流對(duì)鋰離子電池的沖擊，避免了由于大電流放電而引起的鋰離子電池過(guò)度老化現(xiàn)象的發(fā)生；2 :由LM629芯片處理微電腦鼠的兩只電機(jī)的獨(dú)立伺服控制，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(kāi)發(fā)周期短，并且程序可移植能力強(qiáng)；3:本實(shí)用新型基本實(shí)現(xiàn)全貼片元器件材料，實(shí)現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且還實(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的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。4: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傳感器0PE5594A，使得運(yùn)算精度大大提高，防止了微電腦鼠在迷宮當(dāng)中的搖擺；5 :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)。6 :由LM629芯片輸出PWM調(diào)制信號(hào)和方向信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路可以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不僅減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化了接口電路，而且省去了單片機(jī)內(nèi)部編寫位置、速度控制程序，以及各種PID算法的麻煩，使得系統(tǒng)的調(diào)試簡(jiǎn)單；7:在微電腦鼠運(yùn)行過(guò)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)微電腦鼠快速探索的影響；8 :在控制中，單片機(jī)可以根據(jù)實(shí)際周圍迷宮情況調(diào)整LM629芯片內(nèi)部的PID參數(shù)，輕松實(shí)現(xiàn)分段P、PD、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)；9 LM629芯片獨(dú)有的中斷命令LPES可以很好的解決微電腦鼠在運(yùn)行過(guò)程中遇到撞墻情況發(fā)生的電機(jī)堵轉(zhuǎn)，利用中斷命令LPES可在輸出超出設(shè)定值時(shí)立即停止輸出并發(fā)出中斷指令，從而有效地解決了堵轉(zhuǎn)問(wèn)題；10:由于具有存儲(chǔ)功能，這使得微電腦鼠掉電后可以輕易的調(diào)取已經(jīng)探索好的迷宮信息，使二次探索的時(shí)間和路徑大大降低；11 :LM629芯片的PID控制及運(yùn)動(dòng)控制類指令采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)首先寫入第一LM629芯片，只有在寫入相關(guān)命令后主寄存器的數(shù)據(jù)才能進(jìn)一步裝入第二 LM629芯片，這樣很容易實(shí)現(xiàn)左右輪的同步，使得左右輪具有良好的同步性；12 :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(kāi)發(fā)。以上所述的僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)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，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括單片機(jī)、第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一電機(jī)、第二電機(jī)，所述的單片機(jī)分別與第一 LM629芯片和第二 LM629芯片通訊，所述的第一 LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由所述的第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第一電機(jī)，所述的第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第二電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一 LM629芯片和第一電機(jī)之間還連接有第一編碼器，所述的第二 LM629芯片和第二電機(jī)之間還連接有第二編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一 LM629芯片和第二 LM629芯片內(nèi)部還包括運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器，所述的運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器用于生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，其包含的面積就是微電腦鼠兩個(gè)馬達(dá)要運(yùn)行的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一 LM629芯片和第二 LM629芯片內(nèi)部還包括電機(jī)位置解碼器，所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀微電腦鼠的位置數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一 LM629芯片和第二 LM629芯片內(nèi)部還包括閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)微電腦鼠的驅(qū)動(dòng)功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一電機(jī)和第二電機(jī)上還安裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出微電腦鼠的位置信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的單片機(jī)還與傳感器通訊，所述的傳感器用于判斷周圍的環(huán)境并送給單片機(jī)，由單片機(jī)把這些環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為微電腦鼠左右輪要運(yùn)行的距離、速度和加速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器包括前方蔽障傳感器、側(cè)面蔽障傳感器和電壓傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的單片機(jī)為工業(yè)級(jí)的C8051F120。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種微電腦鼠全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，包括單片機(jī)、第一LM629芯片、第二LM629芯片、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一電機(jī)、第二電機(jī)，所述的單片機(jī)分別與第一LM629芯片和第二LM629芯片通訊，所述的第一LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述的第二LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由所述的第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第一電機(jī)，所述的第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制第二電機(jī)。本實(shí)用新型在形成基于單片機(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)G05D1/02GK202838023SQ20122048520
公開(kāi)日2013年3月27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, 史小波 申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院