文档介绍：绪论
课题研究的背景和意义
国内外研究现状
本文组织结构
家庭服务机器人任务规划及仿真
(见仿真文件)
家庭服务机器人硬件模型搭建
系统性能指标
在本设计中,家庭服务机器人的模型就是一辆三轮小车,小车上的两个直流电机带动两个车轮,外加一个万向轮。另一方面,在小车上安装一个普通风机,利用风机模拟清洁、吸尘功能。
本文中,通过搭建家庭服务机器人的模型,来验证实现家庭小范围清洁工作。其中,实现一种或多种方式的任务规划,如单边巡边方式、随机避障方式、正方形边沿扩大方式、三角波方式等。
系统总体方案
前面已经讲到,为实现对家庭小范围的清洁的模拟工作,搭建一辆三轮小车,利用一种或多种方式进行任务的规划。
系统方案对比
在确定系统的设计方案之前,务必先对系统设计的各种方案进行对比。众所周知,任何一个嵌入式系统都是以微处理器为核心,附加相应的外部外设通过软件程序实现硬件功能的。所以从某种程度上讲,嵌入式系统设计方案的对比就是嵌入式系统所选用的微处理器的对比。
根据处理数据的特点,当下比较常用的嵌入式微处理器有8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器和FPGA。其中8位微处理器主要以51内核的微处理器为主,比较常用的有8051、AVR、ADuc8xx等。16位的微处理器以凌阳、MSP430、Freecale为代表。用于工控设备的32位的微处理器主要是ARM处理器。FPGA又称现场可编程门阵列,是一种用户根据功能需要编程设计处理器的半定制电路,可并行处理信号。从价格上讲,随着微处理器位数的增加,其价格也会相应的增长的趋势。但是随着微电子技术和集成电路计数的发展,这种价格和处理器位数成正比的关系变得不那么明显,除了极少数特殊性能或者高工作参数的微处理器以外,8位、16位、32位高性能的微处理器的价格差别不大,甚至可能出现功能强大的微处理器的价格会更低。比如以2012年2月份芯片网上报价为依据,8位高性能微处理器ADUC845的价格是80元左右,16位微处理器MSP430F5438的价格为25元左右,32位微处理器STM32F103VET6的价格为20元左右,TMS320F2812的价格为75元左右。(以上摘自中南大学孙学飞)
本设计中的家庭服务机器人模型,要达到能按照一定的路径或随机方式对特定区域实施清扫工作的模拟,只需要成功以上述方式对整个区域进行扫描即可,所以在选用控制芯片时无需一味追求强大的处理能力。51单片机从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统,使用方便,抗干扰能力强,完全可以达到本模型的设计要求。
系统总体设计方案
在本系统设计中,为了控制车轮的直流电机,必须使用到脉宽调制技术。如果使用普通51单片机的I/O口产生模拟PWM,两路PWM将会占用了两个定时器,一个51单片机势必不能同时完成数据的采集和电机的驱动工作,所以可以设置一个主机,一个从机的模式,进行主从结合,分别完成电机的驱动和数据的采集工作。
如图3. 5所示,硬件上由两个51单片机完成外界数据的采集以及电机的驱动等各项工作。其中,以STC12C5A60S2单片机作为主控芯片,STC89C52RC为从芯片。前者接收来自后者的传感器信息,从而通过某种策略,进而驱动电机,使得车轮实现某种路径行走。单片机系统和红外传感器、超声波传感器由5V电源供电,而电机驱动需要进行升压,将电压升至12V。在调试过程中,液晶显示模块用来显示调试过程中传感器的各项参数。
图3. 1 系统结构框图
单片机最小系统
控制芯片的选择
在众多的51系列单片机中,要算国内STC 公司的1T增强系列更具有竞争力,因它不但和8051指令、管脚完全兼容,而且其片内的具有大容量程序存储器且是FLASH工艺的,如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60K FLASH ROM,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写,而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见,这种单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密,这又很好地保护了你的劳动成果。重要的一点STC12C5A60S2目前的售价与传统51差不多,市场供应也很充足
,是一款高性价比的单片机。
STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制,强干扰场合。在本系统中,针对电机的控制,从PWM控制电机的角度来看,选择STC12C5A60S2单片机是一个不错的选择。
STC12C5A60S2单片机的特点总结如下:
增强型8051 CP