基于arm9四輪微電腦鼠探索控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，包括電池、電線、傳感器、陀螺儀、ARM9控制器、L298N芯片、電機(jī)和車輪，電池位于四輪微電腦鼠內(nèi)部并與傳感器、陀螺儀、ARM9控制器、L298N芯片和電機(jī)通過(guò)電線相連，傳感器位于四輪微電腦鼠的上部，陀螺儀與ARM9控制器相連接，ARM9控制器和L298N芯片焊接在一起，L298N芯片與四個(gè)電機(jī)相連接，四個(gè)電機(jī)與四個(gè)車輪一一對(duì)應(yīng)連接。通過(guò)上述方式，本發(fā)明的基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，實(shí)現(xiàn)了兩片L298N控制四臺(tái)電機(jī)的中斷響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信號(hào)，ARM9與兩片L298N通訊，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
【專利說(shuō)明】基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]微電腦鼠是一種使用嵌入式微控制器、傳感器和機(jī)電運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成的智能行走裝置的俗稱，它可以在迷宮中自動(dòng)記憶和選擇路徑，尋找出口，最終到達(dá)所設(shè)定的目的地。一般在迷宮比賽中，將微電腦鼠放在起點(diǎn)，按下啟動(dòng)鍵之后，微電腦鼠自行決定搜尋法則并且在迷宮中實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、記憶迷宮墻壁資料、計(jì)算最短路徑、搜尋終點(diǎn)等功能。微電腦鼠進(jìn)行迷宮競(jìng)賽結(jié)合了機(jī)械、電機(jī)、電子、控制、光學(xué)、程序設(shè)計(jì)和人工智能等多方面的科技技術(shù)。
[0003]目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的微電腦鼠結(jié)構(gòu)如圖1所示，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著的安全問(wèn)題有:
(I)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，導(dǎo)致對(duì)位置的記憶出現(xiàn)錯(cuò)誤，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)雜迷宮中探索和沖刺。
[0004](2)由于采用比較低級(jí)的算法，在迷宮當(dāng)中的探索一般都要花費(fèi)4飛分鐘的時(shí)間，這使得微電腦鼠在真正的大賽中無(wú)法取勝。
[0005](3)由于微電腦鼠要頻繁的剎車和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無(wú)法滿足微電腦鼠快速啟動(dòng)和停止的要求。
[0006](4)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)法滿足快速探索的要求。
[0007](5)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，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。
[0008]( 6 )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)候要來(lái)回的補(bǔ)償，而且有的時(shí)候在迷宮當(dāng)中搖擺幅度較大，在快速探索時(shí)表現(xiàn)的尤其明顯。
[0009](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)所有的信息將消失，這使得整個(gè)探索過(guò)程要重新開(kāi)始。
[0010](10)由于受單片機(jī)容量影響，現(xiàn)有的微電腦鼠基本上都只有兩個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪，采用兩輪差速方式行駛，使得系統(tǒng)對(duì)兩軸的伺服要求較高，特別是直線導(dǎo)航時(shí)，要求速度和加速度追求嚴(yán)格的一致，否則直線導(dǎo)航將會(huì)失敗，導(dǎo)致微電腦鼠出現(xiàn)撞墻的現(xiàn)象。
[0011](11)兩輪微電腦鼠系統(tǒng)在加速時(shí)由于重心后移，使得老鼠前部輕飄，即使在良好的路面上微電腦鼠也會(huì)打滑，有可能導(dǎo)致撞墻的現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于高速微電腦鼠的發(fā)展。
[0012](12)兩輪微電腦鼠系統(tǒng)在正常行駛時(shí)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)造成重心前偏，將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪上承受的正壓力減小，這時(shí)微電腦鼠系統(tǒng)更加容易打滑，也更容易走偏，導(dǎo)致導(dǎo)航失敗。
[0013](13)兩輪微電腦鼠系統(tǒng)在正常行駛時(shí)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)造成重心側(cè)偏將導(dǎo)致兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪承受的正壓力不同，在快速啟動(dòng)時(shí)兩輪打滑程度不一致，瞬間就偏離軌跡，轉(zhuǎn)彎時(shí)，其中正壓力小的輪子可能打滑，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎困難。
[0014](14)由于采用兩個(gè)動(dòng)力輪驅(qū)動(dòng)，為了滿足復(fù)雜迷宮下探索的加速和減速，使得單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率較大，不僅占用的空間較大，而且有時(shí)候在一些相對(duì)需求能量較低的狀態(tài)下造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于微電腦鼠本體微型化發(fā)展和微電腦鼠系統(tǒng)能源的節(jié)省。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，該微電腦鼠探索控制器處理速度快，運(yùn)行順暢。
[0016]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明米用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種基于ARM9控制器的四輪微電腦鼠，包括鋰離子電池、電線、傳感器、陀螺儀、ARM9控制器、兩個(gè)L298N芯片、四個(gè)電機(jī)和四個(gè)車輪，所述鋰離子電池位于所述四輪微電腦鼠內(nèi)部并與所述傳感器、所述陀螺儀、所述ARM9控制器、所述L298N芯片和所述電機(jī)通過(guò)所述電線相連，所述傳感器位于所述四輪微電腦鼠的上部，所述陀螺儀與所述ARM9控制器相連接，所述ARM9控制器和所述兩個(gè)L298N芯片焊接在一起，所述L298N芯片與所述四個(gè)電機(jī)相連接，所述四個(gè)電機(jī)與所述四個(gè)車輪——對(duì)應(yīng)連接。
[0017]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述傳感器為6個(gè),所述6個(gè)傳感器位于所述四輪微電腦鼠上部的上下左右前后的位置。
[0018]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述ARM9控制器為S3C2440A控制器。
[0019]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述四個(gè)電機(jī)為永磁直流電機(jī)。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，實(shí)現(xiàn)了四軸直流電機(jī)同步伺服系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，并實(shí)現(xiàn)兩片L298N芯片控制四臺(tái)電機(jī)的中斷響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信號(hào)，把控制系統(tǒng)中工作量最大的四軸伺服系統(tǒng)、人機(jī)界面、迷宮探知、在線輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、I/O控制等功能交給ARM9完成，并與兩片L298N通訊，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1是本發(fā)明的【背景技術(shù)】中單片機(jī)控制的微電腦鼠的原理圖；
圖2是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的原理圖；
圖3是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的系統(tǒng)框圖；
圖4是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的程序框圖；
圖5是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的16*16迷宮不意
圖；
圖6是本發(fā)明中所述微電腦鼠一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖1是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的前進(jìn)示意圖；
圖8是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的后退示意圖；
圖9是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的右進(jìn)示意圖；
圖10是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的左退示意圖；
圖11是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的加速速度-時(shí)間運(yùn)動(dòng)圖；
圖12是本發(fā)明中基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器一較佳實(shí)施例的減速速度-時(shí)間運(yùn)動(dòng)圖；
附圖中各部件的標(biāo)記如下:1、外殼，2、車輪,3、傳感器,4、傳感器S7, 5、光電傳感器。【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]請(qǐng)參閱圖2、3、4、6，本發(fā)明提供一種基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，包括鋰離子電池、電線、傳感器、陀螺儀、ARM9控制器、兩個(gè)L298N芯片、四個(gè)電機(jī)和四個(gè)車輪。所述鋰離子電池位于所述四輪微電腦鼠內(nèi)部并與所述傳感器、所述陀螺儀、所述ARM9控制器、所述L298N芯片和所述電機(jī)通過(guò)所述電線相連，所述傳感器位于所述四輪微電腦鼠的上部，所述陀螺儀與所述ARM9控制器相連接，所述ARM9控制器和所述兩個(gè)L298N芯片焊接在一起，所述L298N芯片與所述四個(gè)電機(jī)相連接，所述四個(gè)電機(jī)與所述四個(gè)車輪一一對(duì)應(yīng)連接。
[0024]ARM9 芯片米用 RISC (Reduce Instruction Computer,精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))結(jié)構(gòu)，具有寄存器多、尋址方式簡(jiǎn)單、批量傳輸數(shù)據(jù)、使用地址自動(dòng)增減等特點(diǎn)。新一代的ARM9處理器，通過(guò)全新的設(shè)計(jì)，采用了更多的晶體管，能夠達(dá)到兩倍以上于ARM7處理器的處理能力。這種處理能力的提高是通過(guò)增加時(shí)鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實(shí)現(xiàn)的。
[0025]S3C2440A 采用 ARM920T 內(nèi)核，其主要特點(diǎn)有:(I )1.2V 內(nèi)核，1.8V/2.5V/3.3V 儲(chǔ)存器，3.3V 擴(kuò)展 I/O, 16KB 指令 Cache (I_Cache)/16KB 數(shù)據(jù) Cache (D-Cache); (2)3 路 URAT ；
(3)4路PWM定時(shí)器/I路內(nèi)部定時(shí)器/看門狗定時(shí)器；(4) 8路10位ADC和觸摸屏接口 ；(5) 130個(gè)通用1/0，24個(gè)外部中斷源；(6) 32 bit定點(diǎn)RISC處理器，改進(jìn)型ARM / Thumb代碼交織，增強(qiáng)性乘法器設(shè)計(jì)，支持實(shí)時(shí)(real-time)調(diào)試；(7)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)SRAM，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器容量可調(diào)；(8)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器(cache)容量從4K字節(jié)到IM字節(jié)；(9)設(shè)置保護(hù)單元(protection unit),非常適合嵌入式應(yīng)用中對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分段和保護(hù)；(10)采用AMBA AHB總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線；(11)支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線有簡(jiǎn)單的握手信令支持；(12)支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測(cè)試方法學(xué)，而且支持BIST (built-1n-self-test) ;(13)支持嵌入式跟蹤宏單元,支持實(shí)時(shí)跟蹤指令和數(shù)據(jù)。此特點(diǎn)使得S3C2440A特別適合微電腦鼠多軸伺服系統(tǒng)的信號(hào)處理。
[0026]L298N芯片是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是20管腳PowerS020封裝，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。L298N的6腳VS接電源電壓，VS電壓范圍為+2.5?46 V，輸出電流可達(dá)2.5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。2腳和19腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。其中一片L298N的8腳和14腳EnA、EnB是使能控制端，分別控制電機(jī)X和電機(jī)Y的停轉(zhuǎn)。L298N的7、9、13、15腳接ARM9 (S3C2440A)的輸出腳，由ARM9 (S3C2440A)控制0UT1、0UT2和0UT3、0UT4的電平，來(lái)控制電機(jī)X和電機(jī)Y的正反轉(zhuǎn)；另外一片L298N的8腳和14腳EnA、EnB分別控制電機(jī)Z和電機(jī)R的停轉(zhuǎn)。L298N的7、9、13、15 腳接 ARM9 (S3C2440A)的輸出腳，由 ARM9 (S3C2440A)控制 0UT1，0UT2 和 0UT3，0UT4的電平，來(lái)控制電機(jī)Z和電機(jī)R的正反轉(zhuǎn)。
[0027]請(qǐng)參閱5、7_12，所述基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器的具體的功能為:
I)在微電腦鼠未接到探索命令之前，它一般會(huì)在起點(diǎn)坐標(biāo)(0，0)等待控制器發(fā)出的探索命令，一旦接到任務(wù)后，會(huì)沿著起點(diǎn)開(kāi)始向終點(diǎn)(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)探索。
[0028]2)微電腦鼠放在起點(diǎn)坐標(biāo)(0，0)，接到任務(wù)后其前方的傳感器S1、S6會(huì)對(duì)前方的環(huán)境進(jìn)行判斷，確定有沒(méi)有擋墻進(jìn)入運(yùn)動(dòng)范圍，如存在擋墻將向ARM9 (S3C2440A)發(fā)出中斷請(qǐng)求，ARM9 (S3C2440A)會(huì)對(duì)中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，然后禁止控制四輪的兩片L298N使能端ENA、ENB工作，封鎖微電腦鼠的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使其靜止在原地，然后二次判斷迷宮確定前方信息，防止探索時(shí)信息誤判。
[0029]3)在微電腦鼠啟動(dòng)瞬間，按照?qǐng)D11所示速度-時(shí)間梯形圖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，為了滿足快速加速要求，ARM9 (S3C2440A)會(huì)置兩片L298N的的8腳和14腳EnA，EnB為高電平，開(kāi)啟兩片L298N，ARM9 (S3C2440A)立即將微電腦鼠加速度轉(zhuǎn)化為需求扭矩，然后按照算法要求分配部分扭矩給前方兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，系統(tǒng)自然切換到四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)微電腦鼠的速度到達(dá)設(shè)定直線速度時(shí)，ARM9 (S3C2440A)會(huì)置前輪控制芯片L298N的8腳和14腳ΕηΑ,ΕηΒ為低電平，系統(tǒng)釋放電機(jī)Z和電機(jī)R，系統(tǒng)依靠電機(jī)X和電機(jī)Y進(jìn)入后輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。
[0030]4)在微電腦鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)，在任何一個(gè)方格的中心如果確定沒(méi)有迷宮擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，則微電腦鼠將存儲(chǔ)其坐標(biāo)(X，Y)，并把向前運(yùn)動(dòng)一格的位置參數(shù)送給ARM9 (S3C2440A)，然后由ARM9 (S3C2440A)根據(jù)探索速度和加速度要求生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)速度-時(shí)間圖形包含的面積就是微電腦鼠電機(jī)X和電機(jī)Y要運(yùn)行的一格距離。ARM9(S3C2440A)然后根據(jù)這個(gè)梯形圖結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅(qū)動(dòng)兩軸直流電機(jī)的PWM波，然后ARM9 (S3C2440A)使能L298N，由L298N驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前運(yùn)動(dòng)，電機(jī)X和電機(jī)Y的光電編碼器會(huì)時(shí)刻記錄已經(jīng)移動(dòng)的距離；在未到達(dá)目標(biāo)前，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了打滑，ARM9 (S3C2440A)會(huì)使能前驅(qū)芯片L298N的使能端，開(kāi)啟電機(jī)Z和電機(jī)R，系統(tǒng)進(jìn)入四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)時(shí)間和速度要求，把剩余的距離轉(zhuǎn)化為四軸直流電機(jī)的PWM波，使電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R以相同的速度前進(jìn)；當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定目標(biāo)時(shí)，將更新其坐標(biāo)為(X，Υ+1)，在Y+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)，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)搜索到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，微電腦鼠準(zhǔn)備返程探索；
5)在微電腦鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果有迷宮擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，并且此時(shí)左右的傳感器S2、S3、S4、S5判斷左右都有擋墻時(shí)，微電腦鼠將存儲(chǔ)此時(shí)坐標(biāo)(X，Y)，根據(jù)傳感器SI和S6的反饋計(jì)算出向前運(yùn)動(dòng)停車的位置參數(shù)，按后按照?qǐng)D12的速度-時(shí)間圖形運(yùn)動(dòng)，由ARM9 (S3C2440A)使能前驅(qū)驅(qū)動(dòng)芯片L298N，開(kāi)啟電機(jī)Z和電機(jī)R使系統(tǒng)進(jìn)入四輪驅(qū)動(dòng)減速狀態(tài)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)停車位置參數(shù)、探索速度和加速度要求生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)圖形包含的面積就是微電腦鼠四個(gè)馬達(dá)要停車的距離。ARM9 (S3C2440A)根據(jù)這個(gè)梯形圖結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅(qū)動(dòng)四軸直流電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R的PWM波，四個(gè)獨(dú)立電機(jī)向前減速運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)中心點(diǎn)停車，然后ARM9 (S3C2440A)使能兩片L298N，并調(diào)整0UT1、0UT2、0UT3、0UT4的電平，使得兩側(cè)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相反，微電腦鼠原地由陀螺儀控制調(diào)轉(zhuǎn)180度，然后準(zhǔn)備沿著Y軸反向運(yùn)動(dòng)，為了滿足加速要求，ARM9 (S3C2440A)會(huì)使能前驅(qū)芯片L298N的8腳和14腳EnA, EnB為高電平，開(kāi)啟L298N，ARM9(S3C2440A)立即將微電腦鼠加速度轉(zhuǎn)化為需求扭矩，然后按照算法要求分配部分扭矩給前方兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，系統(tǒng)自然切換到四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)微電腦鼠的速度到達(dá)設(shè)定直線速度時(shí)，ARM9 (S3C2440A)會(huì)記錄下光電編碼器移動(dòng)的位移，并置前輪控制芯片L298N的8腳和14腳EnA，EnB為低電平，系統(tǒng)釋放電機(jī)Z和電機(jī)R，系統(tǒng)依靠電機(jī)X和電機(jī)Y進(jìn)入后輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。把向前運(yùn)動(dòng)一格剩余的位置參數(shù)送給ARM9 (S3C2440A)，然后由ARM9 (S3C2440A)根據(jù)探索速度時(shí)間要求結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅(qū)動(dòng)兩軸直流電機(jī)X和電機(jī)Y的PWM波，由L298N驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定目標(biāo)時(shí)，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)，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)搜索到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，微電腦鼠準(zhǔn)備返程探索；
6)在微電腦鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果有迷宮擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，并且此時(shí)左右的傳感器S2、S3、S4、S5判斷左方有擋墻右方無(wú)擋墻時(shí)，微電腦鼠將存儲(chǔ)此時(shí)坐標(biāo)(X，Y)，根據(jù)傳感器SI和S6的反饋計(jì)算出向前運(yùn)動(dòng)停止在迷宮方格中心的位置參數(shù)，然后按照速度-時(shí)間圖形運(yùn)動(dòng)，由ARM9 (S3C2440A)根據(jù)探索速度和加速度要求生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)圖形包含的面積就是微電腦鼠四個(gè)馬達(dá)要停車的距離。ARM9 (S3C2440A)根據(jù)這個(gè)梯形圖結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅(qū)動(dòng)四軸直流電機(jī)的PWM波，然后ARM9 (S3C2440A)使能兩片L298N，由L298N驅(qū)動(dòng)四個(gè)獨(dú)立電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R向前減速運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)中心點(diǎn)停車，ARM9 (S3C2440A)使能L298N，并調(diào)整兩片L298N的OUT1、OUT2、OUT3、0UT4的電平，使得兩側(cè)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相反，微電腦鼠原地由陀螺儀控制向右調(diào)轉(zhuǎn)90度，然后沿著X軸正向運(yùn)動(dòng)，在其沿著X軸正向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，把向前運(yùn)動(dòng)一格的位置參數(shù)傳輸給ARM9 (S3C2440A)，由ARM9 (S3C2440A)根據(jù)探索速度和加速度要求生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，由ARM9 (S3C2440A)使能前驅(qū)和后驅(qū)驅(qū)動(dòng)芯片L298N，開(kāi)啟電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R使系統(tǒng)進(jìn)入四輪驅(qū)動(dòng)加速狀態(tài)，系統(tǒng)一直保持此加速度直到速度到達(dá)設(shè)定直線速度，光電編碼器時(shí)刻記錄已經(jīng)移動(dòng)的距離；然后系統(tǒng)禁止前驅(qū)驅(qū)動(dòng)芯片L298N使能，電機(jī)Z和電機(jī)R得以釋放，系統(tǒng)進(jìn)入后驅(qū)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；ARM9 (S3C2440A)根據(jù)剩余的位置參數(shù)、直線探索速度結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅(qū)動(dòng)兩軸直流電機(jī)X、電機(jī)Y的PWM波，兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)向前勻速運(yùn)動(dòng)至設(shè)定目標(biāo)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定目標(biāo)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)，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)搜索到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，微電腦鼠準(zhǔn)備返程探索；
7)在微電腦鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果有迷宮擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，并且此時(shí)左右的傳感器S2、S3、S4、S5判斷左方無(wú)擋墻右方有擋墻時(shí)，微電腦鼠將存儲(chǔ)此時(shí)坐標(biāo)(X，Y)，根據(jù)傳感器SI和S6的反饋計(jì)算出向前運(yùn)動(dòng)停止在迷宮方格中心的位置參數(shù)，然后按照速度-時(shí)間圖形運(yùn)動(dòng)，由ARM9(S3C2440A)根據(jù)探索速度和加速度要求生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)梯形包含的面積就是微電腦鼠四個(gè)馬達(dá)要停車的距離。ARM9 (S3C2440A)根據(jù)這個(gè)梯形圖結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅(qū)動(dòng)四軸直流電機(jī)的PWM波，然后ARM9(S3C2440A)使能兩片L298N，由L298N驅(qū)動(dòng)四個(gè)獨(dú)立電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R向前減速運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)中心點(diǎn)停車，ARM9 (S3C2440A)使能L298N，并調(diào)整兩片L298N的0UT1、0UT2、0UT3、0UT4的電平，使得兩側(cè)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相反，微電腦鼠原地由陀螺儀控制向左調(diào)轉(zhuǎn)90度，然后沿著X軸反向運(yùn)動(dòng)，在其沿著X軸反向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，把向前運(yùn)動(dòng)一格的位置參數(shù)傳輸給ARM9 (S3C2440A)，然后由ARM9 (S3C2440A)根據(jù)探索速度和加速度要求生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，然后由ARM9 (S3C2440A)使能前驅(qū)和后驅(qū)驅(qū)動(dòng)芯片L298N，開(kāi)啟電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R使系統(tǒng)進(jìn)入四輪驅(qū)動(dòng)加速狀態(tài)，系統(tǒng)一直保持此加速度直到速度到達(dá)設(shè)定直線速度，光電編碼器時(shí)刻記錄已經(jīng)移動(dòng)的距離；然后系統(tǒng)禁止前驅(qū)驅(qū)動(dòng)芯片L298N使能，電機(jī)Z和電機(jī)R得以釋放，系統(tǒng)進(jìn)入后驅(qū)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；ARM9 (S3C2440A)根據(jù)剩余的位置參數(shù)、直線探索速度結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅(qū)動(dòng)兩軸直流電機(jī)X、電機(jī)Y的PWM波，兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)向前勻速運(yùn)動(dòng)至設(shè)定目標(biāo)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定目標(biāo)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)，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)搜索到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，微電腦鼠準(zhǔn)備返程探索；
8)當(dāng)微電腦鼠到達(dá)(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)準(zhǔn)備返程探索時(shí)，控制器會(huì)調(diào)出其已經(jīng)存儲(chǔ)的迷宮，然后根據(jù)快速迷宮算法計(jì)算出可能存在的最佳路徑，然后返程開(kāi)始進(jìn)入其中認(rèn)為最優(yōu)的一條。
[0031]9)在微電腦鼠進(jìn)入迷宮正常返航運(yùn)行時(shí)，其導(dǎo)航的傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6將工作，并把反射回來(lái)的光電信號(hào)送給ARM9 (S3C2440A)，經(jīng)ARM9 (S3C2440A)判斷后使能L298N，然后導(dǎo)航電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R:如果進(jìn)入已經(jīng)搜索的區(qū)域?qū)⒖焖偾斑M(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)，判斷其坐標(biāo)是不是(0，
O),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。
[0032]10)為了能夠?qū)崿F(xiàn)微電腦鼠準(zhǔn)確的坐標(biāo)計(jì)算功能，微電腦鼠左右的傳感器S2、S3和S4、S5會(huì)時(shí)刻對(duì)周圍的迷宮擋墻和柱子進(jìn)行探測(cè)，如果S2、S3或者S4、S5發(fā)現(xiàn)傳感器信號(hào)發(fā)生了躍變，則說(shuō)明微電腦鼠進(jìn)入了迷宮擋墻和柱子的交接點(diǎn)，此時(shí)側(cè)面?zhèn)鞲衅鱏2或者是S5會(huì)精確探測(cè)這一時(shí)刻，當(dāng)再次出現(xiàn)躍變時(shí)，說(shuō)明老鼠已經(jīng)開(kāi)始當(dāng)前的迷宮格子，ARM9(S3C2440A)會(huì)根據(jù)微電腦鼠當(dāng)前運(yùn)行的距離進(jìn)行計(jì)算并根據(jù)對(duì)傳感器反饋信息進(jìn)行補(bǔ)償，本發(fā)明在高速直流電機(jī)X軸、Y軸、Z軸和R軸上加入了 512線的光電編碼器，由于精度較高，使得微電腦鼠的坐標(biāo)計(jì)算不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，為微電腦鼠的快速?zèng)_刺奠定了基礎(chǔ)。
[0033]11)如果微電腦鼠在探索過(guò)程中遇到故障撞墻時(shí)，電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R的電流將增大，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，L298N的電流采集電路將工作，ARM9 (S3C2440A)將會(huì)向L298N發(fā)出禁止使能中斷，此時(shí)控制器會(huì)立即控制L298N停止工作，進(jìn)而釋放電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R，從而有效地解決了堵轉(zhuǎn)問(wèn)題。
[0034]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。[0035]13)為了能夠減少光源對(duì)微電腦鼠探索過(guò)程的干擾，本發(fā)明加入了光電傳感器S8，此傳感器會(huì)在微電腦鼠運(yùn)動(dòng)過(guò)程對(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。
[0036]14)在微電腦鼠運(yùn)行過(guò)程中，控制器會(huì)對(duì)高速直流電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識(shí)，如果轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動(dòng)，控制器會(huì)利用直流電機(jī)力矩與電流的關(guān)系進(jìn)行線性補(bǔ)償，快速調(diào)整電流環(huán)的PID參數(shù)，使得系統(tǒng)快速穩(wěn)定下來(lái)，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)對(duì)微電腦鼠快速探索時(shí)導(dǎo)航的影響。
[0037]15)當(dāng)微電腦完成整個(gè)探索過(guò)程回到起始點(diǎn)(0，0)，ARM9 (S3C2440A)將控制兩片L298N使得微電腦中心點(diǎn)停車，然后重新調(diào)整兩片L298N的0UT1、0UT2、0UT3和0UT4的電平，使能兩側(cè)的電機(jī)，電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)Y、電機(jī)R以相反的方向運(yùn)動(dòng)，并在陀螺儀的控制下原地旋轉(zhuǎn)180度，然后停車I秒，調(diào)取迷宮信息，根據(jù)算法算出最優(yōu)沖刺路徑，然后置沖刺標(biāo)志為1，系統(tǒng)進(jìn)入快速?zèng)_刺階段。
[0038]本發(fā)明具有的有益效果是:
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ARM9+L298N芯片時(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，由于L298N內(nèi)部集成了電流采集電路，時(shí)刻對(duì)電機(jī)的電流進(jìn)行采集，從根本上避免了大電流的產(chǎn)生，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。
[0039]2、為了充分提高微電腦鼠探索系統(tǒng)的穩(wěn)定性和行駛能力，本發(fā)明采用四輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，前置驅(qū)動(dòng)和后置驅(qū)動(dòng)的四個(gè)電機(jī)功率一致，由于采用四輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)，微電腦鼠前后輪都有動(dòng)力，可按迷宮探索時(shí)地面和周圍環(huán)境狀態(tài)不同而將需求扭矩按不同比例分布在前后所有的輪子上，以提高微電腦鼠探索時(shí)的行駛能力。
[0040]3、在正常直線探索行駛環(huán)境下，微電腦鼠一般會(huì)采用釋放前輪，采用后輪驅(qū)動(dòng)的方式；而一旦遇到路面灰塵較多、驅(qū)動(dòng)輪打滑和停車減速的情況時(shí)，ARM9 (S3C2440A)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并立即將微電腦鼠需求扭矩部分分配給前方兩個(gè)前輪，自然切換到四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，增強(qiáng)了微電腦鼠探索的附著力和操控性，保證了探索迷宮的準(zhǔn)確性。
[0041]4、由于采用四輪驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)需要加速行駛時(shí)，把動(dòng)力平均分配到四個(gè)電機(jī)，一旦一個(gè)動(dòng)力輪離開(kāi)地面，ARM9 (S3C2440A)可以重新分配扭矩，把更多的扭矩分配在不打滑的驅(qū)動(dòng)輪上，使系統(tǒng)迅速脫離打滑狀態(tài)，重新回到四軸動(dòng)力平衡狀態(tài)，使得微電腦鼠具有更好的直線行走功能。
[0042]5、微電腦鼠轉(zhuǎn)向時(shí)，為了保證旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，采用四輪同控來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎:需要停車時(shí)，ARM9 (S3C2440A)把動(dòng)力平均分配到四個(gè)電機(jī)上，四個(gè)電機(jī)采用相同的加速度進(jìn)行同步減速，使微電腦鼠準(zhǔn)確停車；需要加速啟動(dòng)時(shí)，ARM9 (S3C2440A)把動(dòng)力平均分配到四個(gè)電機(jī)上，四個(gè)電機(jī)采用相同的加速度進(jìn)行同步加速，到達(dá)設(shè)定速度時(shí)，釋放前輪采用后輪驅(qū)動(dòng)；由ARM9 (S3C2440A)結(jié)合轉(zhuǎn)彎時(shí)間的要求根據(jù)軌跡的不同生成四路PWM控制直流電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R，完成四軸直流伺服系統(tǒng)的同步控制。
[0043]6、四輪微電腦鼠系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)造成重心前偏，在正常行駛時(shí)，將導(dǎo)致后側(cè)驅(qū)動(dòng)輪上承受的正壓力減小，ARM9 (S3C2440A)會(huì)自動(dòng)調(diào)整后側(cè)的動(dòng)力分配，使系統(tǒng)處于一種新的平衡狀態(tài)，防止微電腦鼠探索時(shí)打滑，保證了探索時(shí)迷宮的準(zhǔn)確性。
[0044]7、四輪微電腦鼠系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)造成重心側(cè)偏，在正常行駛時(shí)，將導(dǎo)致一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪上承受的正壓力減小，ARM9 (S3C2440A)會(huì)自動(dòng)調(diào)整這一側(cè)的動(dòng)力分配，使系統(tǒng)處于一種新的平衡狀態(tài)，防止微電腦鼠探索時(shí)打滑，保證了探索時(shí)迷宮的準(zhǔn)確性。
[0045]8、由ARM9 (S3C2440A)處理微電腦鼠探索迷宮期間四只電機(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，并且程序可移植能力強(qiáng)。
[0046]9、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，節(jié)省了控制板占用空間。
[0047]10、在此微電腦鼠系統(tǒng)中引入了陀螺儀，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。
[0048]11、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。
[0049]12、由于本控制器采用ARM9 (S3C2440A)處理迷宮存儲(chǔ)和探索算法，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
[0050]13、由于本控制器采用兩片L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)四軸直流電機(jī)，極大地減少了驅(qū)動(dòng)電路所占用的空間，并提高了系統(tǒng)的效率。
[0051]14、由ARM9 (S3C2440A)輸出探索時(shí)P麗調(diào)制信號(hào)和方向信號(hào)，然后通過(guò)L298N的使能端直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R，不僅減輕了 ARM9 (S3C2440A)的負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化了接口電路，使得系統(tǒng)的調(diào)試簡(jiǎn)單。
[0052]15、為了更好的保護(hù)電池，當(dāng)系統(tǒng)在探索過(guò)程中遇到低壓時(shí)，微電腦鼠上的低壓報(bào)警傳感器S7會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，L298N會(huì)限制放電電流，保證微電腦鼠可以完成整個(gè)探索，在探索完成回到起點(diǎn)時(shí)，會(huì)自動(dòng)鎖死在當(dāng)前位置，并記錄下迷宮信息，提示更換電池。
[0053]16、在微電腦鼠運(yùn)行過(guò)程中，控制器會(huì)對(duì)高速直流電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R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。
[0054]17、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)前進(jìn)、倒退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。
[0055]18、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。
[0056]以上所述僅為本發(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(shuō)明書(shū)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)用在其它相關(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】
1.一種基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，其特征在于，包括鋰離子電池、電線、傳感器、陀螺儀、ARM9控制器、兩個(gè)L298N芯片、四個(gè)電機(jī)和四個(gè)車輪，所述鋰離子電池位于所述四輪微電腦鼠內(nèi)部并與所述傳感器、所述陀螺儀、所述ARM9控制器、所述L298N芯片和所述電機(jī)通過(guò)所述電線相連，所述傳感器位于所述四輪微電腦鼠的上部，所述陀螺儀與所述ARM9控制器相連接，所述ARM9控制器和所述兩個(gè)L298N芯片焊接在一起，所述L298N芯片與所述四個(gè)電機(jī)相連接，所述四個(gè)電機(jī)與所述四個(gè)車輪一一對(duì)應(yīng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，其特征在于，所述傳感器為6個(gè)，所述6個(gè)傳感器位于所述四輪微電腦鼠上部的上下左右前后的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，其特征在于，所述ARM9控制器為S3C2440A控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪微電腦鼠探索控制器，其特征在于，所述四個(gè)電機(jī)為永磁直流電機(jī)。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103472840SQ201310419986
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】張好明, 王應(yīng)海 申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院