CN102841618B - 新型微电脑鼠快速探索自动控制系统 - Google Patents

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CN102841618B CN201210353958.XA CN201210353958A CN102841618B CN 102841618 B CN102841618 B CN 102841618B CN 201210353958 A CN201210353958 A CN 201210353958A CN 102841618 B CN102841618 B CN 102841618B
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张好明
王应海
贡亚丽
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苏州工业园区职业技术学院
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Abstract

本发明公开了一种新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,包括上位机系统和运动控制系统,所述的上位机系统和运动控制系统由处理器单元进行控制,所述的处理器单元为一双核处理器,包括单片机和LM629芯片,所述的上位机系统包括迷宫存储模块、坐标定位模块以及在线输出模块,所述的运动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块以及I/O控制模块,其中,所述的迷宫存储模块、坐标定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/O控制模块由单片机控制,所述的伺服控制模块由LM629芯片控制,且单片机和LM629芯片之间实时进行数据交换和调用。本发明在形成基于单片机+LM629的双核处理器,把单片机从繁重的工作量中解脱出来,抗干扰能力大大增强。

Description

新型微电脑鼠快速探索自动控制系统
技术领域
[0001] 本发明是有关于微型机器人的技术领域,且特别是有关于新型微电脑鼠快速探索 自动控制系统。
背景技术
[0002] 微电脑鼠是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走机 器人,在国外已经竞赛了将近30年,由其原理可以转化为多种实际的工业机器人,近几年 内才引进国内,并逐渐成为一个新兴的竞赛项目。微电脑鼠可以在不同"迷宫"中自动记忆 和选择路径,采用相应的算法,快速地到达所设定的目的地。一只优秀的微电脑鼠必须具备 良好的感知能力,有良好的行走能力,优秀的智能算法,一只完整的微电脑鼠在大体分为以 下几个部分:
[0003] 1)传感器:传感器是微电脑鼠的眼睛,是微电脑鼠准确获取外部环境信息的依据, 然后把外界信息输送到微处理器进行各种条件判断。
[0004] 2)电机:执行电机是微电脑鼠的动力源,它根据微处理器的指令来执行微电脑鼠 在迷宫中行走时的相关动作。
[0005] 3)算法:算法是微电脑鼠的灵魂。微电脑鼠必须采用一定的智能算法才能找到终 点,才能找到一条最短的路径,在最短的时间内到达终点。
[0006] 4)微处理器:微处理器是微电脑鼠的核心部分,是微电脑鼠的大脑。微电脑鼠所 有的信息,包括墙壁信息,位置信息,角度信息和电机状态信息等都需要经过微处理器处理 并做出相应的判断。
[0007] 微电脑鼠结合了多学科知识,对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和创 新能力,促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助。另外电脑鼠走迷宫 极具趣味性,容易得到学生的认同及参与,并能很好的激发和引导学生这方面的兴趣和爱 好。其开展必然提升参赛者在相关领域的技术水平和应用能力,为技术创新提供平台。可 以培养大批相关领域的人才,进而促进相关领域的技术发展和产业化进程。
[0008] 由于国内研发此机器人的单位较少,对国际规则读取水平较低,相对水平比较落 后,现有技术中的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统制包含一个单片机。长时间运行发 现存在着很多安全问题,包括:
[0009] (1)作为微电脑鼠的眼睛采用的是超声波或者是一般的红外传感器,使得微电脑 鼠在快速冲刺时对周围迷宫的判断存在一定的误判;
[0010] (2)作为微电脑鼠的执行机构采用的是步进电机,经常会遇到丢失脉冲的问题出 现,导致对冲刺位置的记忆出现错误;
[0011] (3)由于采用步进电机,使得机体发热比较严重,不利于在大型复杂迷宫中快速冲 刺;
[0012] (4)由于采用比较低级的算法,在迷宫当中的冲刺一般都要花费15~30秒的时间, 这使得在真正的大赛中无法取胜;
[0013] (5)由于微电脑鼠在快速冲刺过程中要频繁的刹车和启动,加重了单片机的工作 量,单片信号处理器无法满足微电脑鼠快速冲刺的要求;
[0014] (6)相对采用的都是一些体积比较大的插件元器件使得微电脑鼠的体积比较庞 大,无法满足快速冲刺的要求;
[0015] (7)由于受周围环境不稳定因素干扰,特别是周围一些光线的干扰,单片机控制器 经常会出现异常,引起微电脑鼠失控,抗干扰能力较差;
[0016] (8)对于差速控制的微电脑鼠来说,一般要求其两个电机的控制信号要同步,但是 对于单一单片机来说又很难办到,使得微电脑鼠在直道上行驶的时候就要来回的补偿,特 别是对于高速冲刺时,微电脑鼠有的时候在迷宫当中摇摆幅度较大;
[0017] (9)由于受单片机容量和算法影响,微电脑鼠对迷宫的信息没有存储,当遇到掉电 情况时候所有的信息将消失,这使得整个冲刺过程无法完成。
[0018] 因此,需要对现有的基于单片机控制的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统进行 重新设计。
发明内容
[0019] 针对上述问题,本发明的目的是提供一种新型微电脑鼠快速探索自动控制系统, 解决了现有技术中抗干扰能力差的问题。
[0020] 为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种新型微电脑鼠快 速探索自动控制系统,,包括上位机系统和运动控制系统,所述的上位机系统和运动控制系 统由处理器单元进行控制,所述的处理器单元为一双核处理器,包括单片机和LM629芯片, 所述的上位机系统包括迷宫存储模块、坐标定位模块以及在线输出模块,所述的运动控制 系统包括伺服控制模块、数据存储模块以及I/O控制模块,其中,所述的迷宫存储模块、坐 标定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/O控制模块由单片机控制,所述的伺服控 制模块由LM629芯片控制,且单片机和LM629芯片之间实时进行数据交换和调用。
[0021] 在本发明一个较佳实施例中,所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统还包括 第一控制器、第二控制器、第一高速直流电机、第二高速直流电机以及微电脑鼠,所述的处 理器单元发出控制信号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别控制 第二高速直流电机和第一高速直流电机,通过第一高速直流电机和第二高速直流电机的驱 动信号经过信号处理器合成之后,由所述的第一高速直流电机控制微电脑鼠的速度,所述 的第二高速直流电机控制微电脑鼠的方向。
[0022] 在本发明一个较佳实施例中,所述的快速冲刺自动控制系统还包括电池,所述的 电池为锂离子电池。
[0023] 在本发明一个较佳实施例中,所述的伺服控制模块还包括转换模块,所述的转换 模块包括模拟数字转换器及数字模拟转换器。
[0024] 在本发明一个较佳实施例中,所述的伺服控制模块还包括编码器模块,所述的编 码器模块用于检测微电脑鼠实际转速,判断是否符合速度要求,是否过快或过慢,并发出控 制信号。
[0025] 在本发明一个较佳实施例中,所述的伺服控制模块还包括电流模块,所述的电流 模块用于调整电池的供电功率达到微电脑鼠需要的范围。
[0026] 在本发明一个较佳实施例中,所述的伺服控制模块还包括速度模块,所述的速度 模块与编码器模块通讯连接,当编码器模块检测微电脑鼠实际转速过快或过慢,速度模块 根据编码器模块检测的结果来调节微电脑鼠实际转速。
[0027] 在本发明一个较佳实施例中,所述的伺服控制模块还包括坐标模块,所述的坐标 模块用于检测微电脑鼠的坐标位置,接到控制器发出的冲刺命令后,会沿着起点开始快速 向终点冲刺。
[0028] 在本发明一个较佳实施例中,所述的单片机为工业级的C8051F120。
[0029] 本发明的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,为了提高运算速度,保证新型微 电脑鼠快速探索自动控制系统的稳定性和可靠性,本发明在处理器单元的单片机中引入 LM629芯片,形成基于单片机+LM629的双核处理器,此处理器单元充分考虑电池在这个 系统的作用,把新型微电脑鼠快速探索自动控制系统中工作量最大的两轴伺服系统交给 LM629芯片处理,充分发挥LM629芯片数据处理速度较快的特点,而迷宫存储模块、坐标定 位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/O控制模块交给单片机控制,这样就实现了单 片机与LM629芯片的分工,把单片机从繁重的工作量中解脱出来,抗干扰能力大大增强。
附图说明
[0030] 图1为本发明较佳实施例的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统的方框图;
[0031] 图2为本发明较佳实施例的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统的结构方框图;
[0032] 图3为本发明较佳实施例的微电脑鼠迷宫示意图;
[0033] 图4为微电脑鼠前进示意图;
[0034] 图5为微电脑鼠后退示意图;
[0035] 图6为微电脑鼠右进意义图;
[0036] 图7为微电脑鼠左退示意图。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0038] 单片机自20世纪70年代末诞生至今,经历了单片微型计算机SCM、微控制器MCU 及片上系统SoC三大阶段,前两个阶段分别以MCS-51和80C51为代表。随着在嵌入式领域 中对单片机的性能和功能要求越来越高,以往的单片机无论是运行速度还是系统集成度等 多方面都不能满足新的设计需要,这时SiliconLabs公司推出了 C8051F系列单片机,成为 SoC的典型代表。C8051F具有上手快(全兼容8051指令集)、研发快(开发工具易用,可 缩短研发周期)和见效快(调试手段灵活)的特点,其性能优势具体体现在以下方面:基 于增强的CIP-51内核,其指令集与MCS-51完全兼容,具有标准8051的组织架构,可以使用 标准的803χ/805χ汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51采用流水线结构,70%的的指令 执行时间为1或2个系统时钟周期,是标准8051指令执行速度的12倍;其峰值执行速度可 达100MIPS(C8051F120等),是目前世界上速度最快的8位单片机;增加了中断源。标准的 8051只有7个中断源Silicon Labs公司C8051F系列单片机扩展了中断处理这对于时实 多任务系统的处理是很重要的扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源允许大量的模拟 和数字外设中断一个中断处理需要较少的CPU干预却有更高的执行效率;集成了丰富的模 拟资源,绝大部分的C8051F系列单片机都集成了单个或两个ADC,在片内模拟开关的作用 下可实现对多路模拟信号的采集转换;片内ADC的采样精度最高可达24bit,采样速率最高 可达500ksps,部分型号还集成了单个或两个独立的高分辨率DAC,可满足绝大多数混合信 号系统的应用并实现与模拟电子系统的无缝接口;片内温度传感器则可以迅速而精确的监 测环境温度并通过程序作出相应处理,提高了系统运行的可靠性。选用C8051F120作为本 系统的中央处理器完全能够满足系统的需要。
[0039] LM629芯片是National semiconductor生产的一款用于精密运动控制的专用芯 片,有24脚和28脚二种表面安装式封装,在一个芯片内集成了数字式运动控制的全部功 能,使得设计一个快速、准确的运动控制系统的任务变得轻松、容易,它有以下特性:
[0040] 1)工作频率为6MHz和8MHz,工作温度范围为-40°C〜+85°C,使用5V电源;
[0041] 2) 32位的位置、速度和加速度存器;
[0042] 3) 8位分辨率的PWM脉宽调制输出;
[0043] 4) 16位可编程数字PID控制器;
[0044] 5)内部的梯形速度发生器;
[0045] 6)该芯片可实时修改速度、目标位置和PID控制参数;
[0046] 7)实时可编程中断;可编程微分项采样间隔;
[0047] 8)对增量码盘信号进行四倍频;
[0048] 9)可设置于速度或位置伺服两种工作状态。
[0049] 上述特点使得LM629芯片特别适合伺服运动控制中。
[0050] 如图1所示,为本发明较佳实施例的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统的方框 图。本实施例中,新型微电脑鼠快速探索自动控制系统包括上位机系统和运动控制系统,所 述的上位机系统和运动控制系统由处理器单元进行控制,所述的处理器单元为一双核处理 器,包括单片机和LM629芯片,所述的上位机系统包括迷宫存储模块、坐标定位模块以及在 线输出模块,所述的运动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块以及I/O控制模块,其 中,所述的迷宫存储模块、坐标定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/O控制模块 由单片机控制,所述的伺服控制模块由LM629芯片控制,且单片机和LM629芯片之间实时进 行数据交换和调用。
[0051] 请参阅图2,本发明中新型微电脑鼠快速探索自动控制系统还包括电池、第一控制 器、第二控制器、第一高速直流电机、第二高速直流电机以及微电脑鼠。其中,所述的电池为 锂离子电池,是一种供电装置,为整个系统的工作提供工作电压。所述的处理器单元内置控 制系统,所述的处理器单元发出控制信号至所述的第一控制器和第二控制器,由所述的第 一控制器分别控制第二高速直流电机和第一高速直流电机,通过第一高速直流电机和第二 高速直流电机的驱动信号经过信号处理器合成之后,由所述的第一高速直流电机控制微电 脑鼠的速度,所述的第二高速直流电机控制微电脑鼠的方向。
[0052] 本发明为克服单一的单片机不能满足新型微电脑鼠快速探索自动控制系统的稳 定性和快速性的要求,舍弃了新型微电脑鼠快速探索自动控制系统所采用单一的单片机的 工作模式,提供了基于单片机+LM629芯片的全新控制模式。处理器单元以LM629芯片为处 理核心,实现数字信号的实时处理,把单片机从复杂的工作当中解脱出来,实现部分的信号 处理算法和LM629芯片的控制逻辑,并响应中断,实现数据通信和存储实时信号。
[0053] 上位机系统包括迷宫存储模块、坐标定位模块以及在线输出模块。迷宫存储模块 将迷宫地图行进存储;坐标定位模用于提示微电脑鼠的位置以及位置参数设置等;在线输 出模块用于提示微电脑鼠的工作状态。
[0054] 运动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块以及I/O控制模块。其中,数据存 储模块为一存储器;I/O控制模块包括RS-232串行接口、ICE端口等。伺服控制模块进一步 包括转换模块、编码器模块、电流模块、速度模块以及坐标模块。
[0055] 其中,所述的转换模块包括模拟数字转换器(ADC, Analog to Digital Converter)及数字模拟转换器(DAC,Digital to Analog Converter);所述的编码器模块 用于检测微电脑鼠实际转速,判断是否符合速度要求,是否过快或过慢,并发出控制信号。
[0056] 所述的电流模块与电池和控制器、转换模块连接。转换模块根据电池和控制器的 电流,判断工作功率,并把功率状况反馈至电池,电流模块用于调整电池的供电功率达到微 电脑鼠需要的范围。
[0057] 所述的速度模块与编码器模块通讯连接,当编码器模块检测微电脑鼠实际转速过 快或过慢,速度模块根据编码器模块检测的结果来调节微电脑鼠实际转速。
[0058] 所述的坐标模块用于检测微电脑鼠的坐标位置,接到控制器发出的冲刺命令后, 会沿着起点开始快速向终点冲刺。
[0059] 对于处理器单元为一双核处理器,在电源打开状态下,微电脑鼠先进入自锁状态, 然后把微电脑鼠放在迷宫起始点,微电脑鼠靠前方、左右侧面蔽障传感器根据实际导航环 境传输参数给处理器单元中的单片机,单片机处理后与LM629芯片通讯,然后由LM629芯片 处理两个独立电机的伺服控制,并把处理数据通讯给单片机,由单片机继续处理后续的运 行状态。
[0060] 结合以上描述,上位机系统包括迷宫存储模块、坐标定位模块、在线输出模块;运 动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块、1/0控制模块。其中,工作量最大的伺服控 制模块交给LM629芯片控制,其余的包括上位机系统的全部模块交给单片机控制,这样就 实现了单片机与LM629芯片的分工,同时二者之间也可以进行通讯,实时进行数据交换和 调用。
[0061] 请参阅图3至图7,本发明具体的功能实现如下:
[0062] 1)在微电脑鼠未接到探索命令之前,它一般会在起点坐标(0,0)等待控制器发出 的探索命令,一旦接到任务后,会沿着起点开始向终点(7, 7)、(7,8)、(8, 7)、(8,8)探索;
[0063] 2)微电脑鼠放在起点坐标(0,0),接到任务后其前方的传感器SI、S6和会对前方 的环境进行判断,确定有没有挡墙进入运动范围,如存在挡墙将向单片机发出中断请求,单 片机会对中断做第一时间响应,然后禁止控制左右轮的LM629工作,封锁微电脑鼠的电机X 和电机Y的PWM驱动信号,使其静止在原地,然后二次判断迷宫确定前方信息,防止信息误 判;
[0064] 3)在微电脑鼠沿着Y轴向前运动,在任何一个方格的中心如果确定没有挡墙进入 前方的运动范围,则微电脑鼠将存储其坐标(X,Y),并把向前运动一格的位置参数、速度参 数以及加速度参数通过单片机传输给控制左右轮的LM629芯片,LM629芯片内部的梯形运 动发生器会根据这些参数生成驱动左右轮的PWM波形,控制左右轮的电机向前运动,当到 达设定目标时,将更新其坐标为(X,Y+l),在γ+1〈15的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、 (7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经 搜索到目标,然后置返航探索标志为1,微电脑鼠准备返程探索;
[0065] 4)在微电脑鼠沿着Υ轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围,并且此 时左右的传感器S2、S3、S4、S5判断左右都有挡墙时,微电脑鼠将存储此时坐标(X,Υ),根据 传感器S1和S6的反馈计算出向前运动停车的位置参数、速度参数以及加速度参数,并把这 些参数通过单片机传输给控制左右轮的LM629芯片,LM629芯片内部的梯形运动发生器会 根据这些参数生成驱动左右轮的PWM波形,控制左右轮的电机停车,然后微电脑鼠原地调 转180度,然后沿着Υ轴反向运动,在其Υ轴反向运动过程中,把向前运动一格的位置参数、 速度参数以及加速度参数通过单片机传输给控制左右轮的LM629芯片,LM629芯片内部的 梯形运动发生器会根据这些参数生成驱动左右轮的PWM波形,控制左右轮的电机向Υ轴反 向运动,当到达设定目标时,将更新其坐标为(X,Υ-1 ),在确定Y-l>〇的前提下,判断其坐标 是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通 知控制器已经搜索到目标,然后置返航探索标志为1,微电脑鼠准备返程探索;
[0066] 5)在微电脑鼠沿着Υ轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围,并且此 时左右的传感器S2、S3、S4、S5判断左方有挡墙时,微电脑鼠将存储此时坐标(Χ,Υ),根据传 感器S1和S6的反馈计算出向前运动停止在迷宫方格中心的位置参数、速度参数以及加速 度参数,并把这些参数通过单片机传输给控制左右轮的LM629芯片,LM629芯片内部的梯形 运动发生器会根据这些参数生成驱动左右轮的PWM波形,控制左右轮的电机运动到迷宫方 格的中心位置,然后原地向右调转90度,然后沿着X轴正向运动,在其沿着X轴正向运动过 程中,把向前运动一格的位置参数、速度参数以及加速度参数通过单片机传输给控制左右 轮的LM629芯片,LM629芯片内部的梯形运动发生器会根据这些参数生成驱动左右轮的PWM 波形,控制左右轮的电机向X轴正向运动,当到达设定目标时,将更新其坐标为(Χ+1,Υ),在 Χ+Κ15的前提下,判断其坐标是不是(7, 7)、(7,8)、(8, 7)、(8,8)其中的一个,如果不是将 继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经搜索到目标,然后置返航探索标志为1,微电 脑鼠准备返程探索;
[0067] 6)在微电脑鼠沿着Υ轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围,并且此 时左右的传感器S2、S3、S4、S5判断右方有挡墙时,微电脑鼠将存储此时坐标(Χ,Υ),根据传 感器S1和S6的反馈计算出向前运动停止在迷宫方格中心的位置参数、速度参数以及加速 度参数,并把这些参数通过单片机传输给控制左右轮的LM629芯片,LM629芯片内部的梯形 运动发生器会根据这些参数生成驱动左右轮的PWM波形,控制左右轮的电机运动到迷宫方 格的中心位置,然后原地向左调转90度,然后沿着X轴反向运动,在其沿着X轴反向运动过 程中,把向前运动一格的位置参数、速度参数以及加速度参数通过单片机传输给控制左右 轮的LM629芯片,LM629芯片内部的梯形运动发生器会根据这些参数生成驱动左右轮的PWM 波形,控制左右轮的电机向X轴反向运动,当到达设定目标时,将更新其坐标为(Χ-1,Υ),在 确定X-l>〇的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是 将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经搜索到目标,然后置返航探索标志为1,微 电脑鼠准备返程探索;
[0068] 7)当微电脑鼠到达(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)准备返程探索时,控制器会调出其 已经存储的迷宫,然后根据快速迷宫算法计算出可能存在的最佳路径,然后返程开始进入 其中认为最优的一条。
[0069] 8)在微电脑鼠进入迷宫正常返航运行时,并其导航的传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6 将工作,并把反射回来的光电信号送给单片机,经单片机判断后送给LM629芯片,由LM629 芯片运算后与单片机进行通讯,然后由控制器送控制信号给导航的第一高速直流电机和第 二高速直流电机进行确定:如果进入已经搜索的区域将进行快速前进,如果是未知返回区 域则采用正常速度搜索,并时刻更新其坐标(X,Y),并判断其坐标是不是(〇,〇),如果是的 话置返航探索标志为〇,微电脑鼠进入冲刺阶段,并置冲刺标志为1 ;
[0070] 9)为了能够实现微电脑鼠准确的坐标计算功能,本发明在第一高速直流电机和第 二高速直流电机的X轴和Y轴上加入了 512线的光码盘,时刻对微电脑鼠运行的距离进行 计算并根据迷宫挡墙和柱子对传感器反馈信息不同的特点引入了补偿,使得微电脑鼠的坐 标计算不会出现错误,为微电脑鼠的快速冲刺奠定了基础。
[0071] 其中,先由单片机根据外围位置信号生成要运动物体的位置、速度和加速度预设 置参数,然后把这些参数传输给LM629芯片,LM629芯片根据这些参数做闭环控制;单片机 可以根据机器人外围运行情况适时调整LM629芯片的PID参数,实现分段P、H)、PID控制和 非线性PID控制,PID参数的调整是由单片机完成的,适时性不好;对于多轴电机伺服控制 来说要使用多片LM629芯片得控制器比较复杂,而且同步控制实现也比较困难;由于由单 片机参与伺服控制,使得控制速度并不是很快,但是相对于单片机控制有所增加,一般只适 用于中低速运行。
[0072] 综上所述的,本发明揭示的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,为了提高运算 速度,保证新型微电脑鼠快速探索自动控制系统的稳定性和可靠性,本发明在处理器单元 的单片机中引入LM629芯片,形成基于单片机+LM629的双核处理器,此处理器单元充分考 虑电池在这个系统的作用,把新型微电脑鼠快速探索自动控制系统中工作量最大的两轴伺 服系统交给LM629芯片处理,充分发挥LM629芯片数据处理速度较快的特点,而迷宫存储模 块、坐标定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/O控制模块交给单片机控制,这样 就实现了单片机与LM629芯片的分工,把单片机从繁重的工作量中解脱出来,抗干扰能力 大大增强。
[0073] 本发明新型微电脑鼠快速探索自动控制系统具有的有益效果是:
[0074] 1 :在运动过程中,充分考虑了电池在这个系统中的作用,基于单片机+LM629控制 器时刻都在对微电脑鼠的运行状态进行监测和运算,避免了大电流的产生,所以从根本上 解决了大电流对锂离子电池的冲击,避免了由于大电流放电而引起的锂离子电池过度老化 现象的发生:;
[0075] 2 :由LM629芯片处理微电脑鼠的两只电机的独立伺服控制,使得控制比较简单, 大大提高了运算速度,解决了单片机软件运行较慢的瓶颈,缩短了开发周期短,并且程序可 移植能力强;
[0076] 3:本发明基本实现全贴片元器件材料,实现了单板控制,不仅节省了控制板占用 空间,而且还实现了微电脑鼠的速度大小和方向的独立控制,有利于提高微电脑鼠的稳定 性和动态性能。
[0077] 4:为了提高运算速度和精度,本微电脑鼠采用了国际上使用最多的红外传感器 0PE5594A,使得运算精度大大提高,防止了微电脑鼠在迷宫当中的摇摆;
[0078] 5 :由于本控制器采用LM629芯片处理大量的数据与算法,并充分考虑了周围的干 扰源,并把单片机从繁重的工作量中解脱出来,抗干扰能力大大增强。
[0079] 6 :为了更好的保护电池,当系统在探索过程中遇到低压时,微电脑鼠上的低压报 警传感器会自动开启,并限制放电电流,保证微电脑鼠可以完成整个探索,在探索完成回到 起点时,会自动锁死在当前位置,并记录下迷宫信息,提示更换电池;
[0080] 7 :在微电脑鼠运行过程中,控制器会对第一高速直流电机和第二高速直流电机的 转矩进行在线辨识并利用电机力矩与电流的关系进行补偿,减少了电机转矩抖动对微电脑 鼠快速探索的影响;
[0081] 8 :由于微电脑鼠的速度和方向独立控制,使得微电脑鼠更容易实现前进、倒退、左 转和右转各个方向的运动;
[0082] 9:由于具有存储功能,这使得微电脑鼠掉电后可以轻易的调取已经探索好的迷宫 信息,使二次探索的时间和路径大大降低;
[0083] 10 :LM629的PID控制及运动控制类指令采用双缓冲结构,数据首先写入主寄存 器,只有在写入相关命令后主寄存器的数据才能进一步装入工作寄存器,这样很容易实现 左右轮的同步,使得左右轮具有良好的同步性;
[0084] 11 :由于采用的单片机是工业级的C8051F120,在满足实用性的同时,其内核就是 传统的8051的内核,使得编程者可以很好的二次开发。
[0085] 以上所述的仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本 发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的 技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1. 一种新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,包括上位机系统和运动控 制系统,所述的上位机系统和运动控制系统由处理器单元进行控制,所述的处理器单元为 一双核处理器,包括单片机和LM629芯片,所述的上位机系统包括迷宫存储模块、坐标定位 模块以及在线输出模块,所述的运动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块以及I/O 控制模块,其中,所述的处理器单元以LM629芯片为处理核心,所述的迷宫存储模块、坐标 定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/O控制模块由单片机控制,所述的伺服控制 模块由LM629芯片控制,且单片机和LM629芯片之间实时进行数据交换和调用, 在电源打开状态下,微电脑鼠先进入自锁状态,然后把微电脑鼠放在迷宫起始点,微电 脑鼠靠前方、左右侧面蔽障传感器根据实际导航环境传输参数给处理器单元中的单片机, 单片机处理后与LM629芯片通讯,然后由LM629芯片处理两个独立电机的伺服控制,并把处 理数据通讯给单片机,由单片机继续处理后续的运行状态。
2. 根据权利要求1所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,所述的 新型微电脑鼠快速探索自动控制系统还包括第一控制器、第二控制器、第一高速直流电机、 第二高速直流电机以及微电脑鼠,所述的处理器单元发出控制信号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别控制第二高速直流电机和第一高速直流电机,通过 第一高速直流电机和第二高速直流电机的驱动信号经过信号处理器合成之后,由所述的第 一高速直流电机控制微电脑鼠的速度,所述的第二高速直流电机控制微电脑鼠的方向。
3. 根据权利要求1所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,所述的 快速冲刺自动控制系统还包括电池,所述的电池为锂离子电池。
4. 根据权利要求2所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,所述的 伺服控制模块还包括转换模块,所述的转换模块包括模拟数字转换器及数字模拟转换器。
5. 根据权利要求2所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,所述的 伺服控制模块还包括编码器模块,所述的编码器模块用于检测微电脑鼠实际转速,判断是 否符合速度要求,是否过快或过慢,并发出控制信号。
6. 根据权利要求3所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,所述的 伺服控制模块还包括电流模块,所述的电流模块用于调整电池的供电功率达到微电脑鼠需 要的范围。
7. 根据权利要求5所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,所述的 伺服控制模块还包括速度模块,所述的速度模块与编码器模块通讯连接,当编码器模块检 测微电脑鼠实际转速过快或过慢,速度模块根据编码器模块检测的结果来调节微电脑鼠实 际转速。
8. 根据权利要求2所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,所述的 伺服控制模块还包括坐标模块,所述的坐标模块用于检测微电脑鼠的坐标位置,接到控制 器发出的冲刺命令后,会沿着起点开始快速向终点冲刺。
9. 根据权利要求1所述的新型微电脑鼠快速探索自动控制系统,其特征在于,所述的 单片机为工业级的C8051F120。
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