CN102841621A - 微电脑鼠快速冲刺自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，包括处理器单元、第一控制器、第二控制器、第一高速直流无刷电机、第二高速直流无刷电机以及微电脑鼠，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无刷电机和第一高速直流无刷电机，通过第一高速直流无刷电机和第二高速直流无刷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无刷电机控制微电脑鼠的速度，所述的第二高速直流无刷电机控制微电脑鼠的方向，其中，所述的处理器单元为一双核处理器，包括单片机和FPGA处理器。本发明在形成基于单片机+FPGA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
技术领域
本发明是有关于微型机器人的技术领域，且特别是有关于微电脑鼠快速冲刺自动控制系统。
背景技术
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：
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。
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。
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。
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。
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。
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，现有技术中的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统制包含一个单片机，如图1所示。长时间运行发现存在着很多安全问题，包括：
（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；
（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；
（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；
（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；
（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；
（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；
（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；
（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；
（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。
因此，需要对现有的基于单片机控制的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统进行重新设计。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，解决了现有技术中抗干扰能力差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，包括处理器单元、第一控制器、第二控制器、第一高速直流无刷电机、第二高速直流无刷电机以及微电脑鼠，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无刷电机和第一高速直流无刷电机，通过第一高速直流无刷电机和第二高速直流无刷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无刷电机控制微电脑鼠的速度，所述的第二高速直流无刷电机控制微电脑鼠的方向，其中，所述的处理器单元为一双核处理器，包括单片机和FPGA处理器。
在本发明一个较佳实施例中，所述的处理器单元还包括设于单片机和FPGA处理器的上位机系统和运动控制系统，所述的上位机系统包括迷宫读取模块、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，单片机用于控制迷宫读取模块、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，FPGA处理器用于控制伺服控制模块，且单片机和FPGA处理器之间实时进行数据交换和调用。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本发明的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，为了提高运算速度，保证微电脑鼠快速冲刺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FPGA处理器，形成基于单片机+FPGA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，把微电脑鼠快速冲刺自动控制系统中工作量最大的两轴伺服系统交给FPGA处理器处理，充分发挥FPGA处理器数据处理速度较快的特点，而迷宫读取模块、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FPGA处理器的分工，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
图1为现有技术的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统的方框图；
图2为本发明较佳实施例的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统的方框图；
图3为图2中处理器单元的方框图；
图4为本发明较佳实施例的微电脑鼠迷宫示意图；
图5为微电脑鼠速度曲线图；
图6为微电脑鼠右转冲刺示意图；
图7为微电脑鼠左转冲刺意义图。
具体实施方式
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。
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Silicon Labs 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803x/805x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。
基于现场可编程门阵列(FPGA)及现代电子设计自动化(EDA)技术的硬件实现方法是最近几年出现了一种全新的设计思想。虽然FPGA本身只是标准的单元阵列，没有一般的集成电路所具有的功能，但用户可以根据自己的设计需要，通过特定的布局布线工具对其内部进行重新组合连接，在最短的时间内设计出自己的专用集成电路，这样就减小成本、缩短开发周期。由于FPGA处理器采用软件化的设计思想实现硬件电路的设计，这样就使得基于FPGA处理器设计的系统具有良好的可复用和修改性。这种全新的设计思想已经逐渐应用在高性能的交流驱动控制上，并快速发展。
如图2所示，为本发明较佳实施例的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统的方框图。本实施例中，微电脑鼠快速冲刺自动控制系统包括电池、处理器单元、第一控制器、第二控制器、第一高速直流无刷电机、第二高速直流无刷电机以及微电脑鼠。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。
本发明中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无刷电机和第一高速直流无刷电机，通过第一高速直流无刷电机和第二高速直流无刷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无刷电机控制微电脑鼠的速度，所述的第二高速直流无刷电机控制微电脑鼠的方向。其中，所述的处理器单元为一双核处理器，包括单片机和FPGA处理器。
本发明为克服单一的单片机不能满足微电脑鼠快速冲刺自动控制系统的稳定性和快速性的要求，舍弃了微电脑鼠快速冲刺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+FPGA处理器的全新控制模式。处理器单元以FPGA处理器为处理核心，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FPGA处理器的控制逻辑，并响应中断，实现数据通信和存储实时信号。
请参阅图3，所述的处理器单元为一双核处理器，其包括单片机和FPGA处理器，二者可相互通讯，实时进行数据交换和调用。所述的处理器单元还包括设于单片机以及FPGA处理器的上位机系统和运动控制系统，所述的上位机系统包括迷宫读取模块、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，单片机用于控制迷宫读取模块、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，FPGA处理器用于控制伺服控制模块。
上位机系统包括迷宫读取模块、坐标定位模块以及在线输出模块。迷宫读取模块将已经预设好的迷宫进行调出；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。
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。
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。
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。
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。
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。
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FPGA处理器通讯，然后由FPGA处理器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。
结合以上描述，上位机系统包括迷宫读取模块、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、I/O控制模块。其中，工作量最大的伺服控制模块交给FPGA处理器控制，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FPGA处理器的分工，同时二者之间也可以进行通讯，实时进行数据交换和调用。
其具体的功能实现如下：
1）在微电脑鼠未接到冲刺命令之前，如图4所示，它一般会在起点坐标（0，0）等待控制器发出的冲刺命令，并调出已经探索后的最优迷宫，一旦接到冲刺命令后，会沿着起点开始快速向终点（7，7）、（7，8）、（8，7）、（8，8）冲刺；
2）微电脑鼠放在起点坐标（0，0），接到任务后为了防止放错冲刺方向，其前方的传感器S1、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，如果单片机的中断响应没有来得及处理，微电脑鼠的第一马达和第二马达将继续自锁，然后二次判断迷宫确定前方信息，防止信息误判，如果没有挡墙进入前方的运动范围，微电脑鼠将进行正常的冲刺；
3）在微电脑鼠沿着Y轴向前运动如果有多个坐标没有挡墙进入前方的运动范围，微电脑鼠将存储其坐标（X，Y），为了快速行走需要，舍弃了传统单一速度冲刺模式，按照图5的速度和时间曲线进行加速和减速，在其向前运动过程中，每经过一个方格，将更新其坐标为（X，Y+1），在Y+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，如果不是的话将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为0，微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径；
4）在微电脑鼠沿着Y轴反向运动过程中如果有多个坐标没有挡墙进入前方的运动范围，微电脑鼠将存储此时坐标（X，Y），为了快速行走需要，舍弃了传统单一速度冲刺模式，按照图5的速度和时间曲线进行加速和减速，在其向前运动过程中，每经过一个方格，将更新其坐标为（X,Y-1），在确定Y-1>0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，如果不是的话将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为0，微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径；
5）在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围，并且此时迷宫信息中左方有挡墙时，微电脑鼠将存储此时坐标（X，Y），然后进入图6所示的曲线运动轨迹，在右冲刺转弯时，微电脑鼠将首先前往直线走很短的距离 DashTurn_R90_Leading，此时R90_FrontWallRef开始工作，防止外界干扰开始做误差补偿，误差补偿结束后开始调整两个第一马达和第二马达速度为DashTurn_R90_VelX1 和DashTurn_R90_VelY1，此速度使微电脑鼠沿轨迹转过一段距离DashTurn_R90_Arc1，随后，微电脑鼠开始调整速度为DashTurn_R90_VelX2和DashTurn_R90_VelY2，此速度使微电脑鼠沿轨迹转过一段距离DashTurn_R90_Arc2，最后微电脑鼠再移动一段距离DashTurn_R90_Passing，完成整个右转弯的轨迹曲线运动，此时将更新其坐标为（X+1,Y），在X+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，如果不是的话将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为0，微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径；
6）在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围，并且此时迷宫信息中右方有挡墙时，微电脑鼠将存储此时坐标（X,Y），然后进入图7所示的曲线运动轨迹，在左冲刺转弯时，微电脑鼠将首先前往直线走很短的距离 DashTurn_L90_Leading，此时L90_FrontWallRef开始工作，防止外界干扰开始做误差补偿，误差补偿结束后开始调整两个马达X和马达Y速度为DashTurn_L90_VelX1 和DashTurn_L90_VelY1，此速度使微电脑鼠沿轨迹转过一段距离DashTurn_L90_Arc1，随后，微电脑鼠开始调整速度为DashTurn_L90_VelX2和DashTurn_L90_VelY2，此速度使微电脑鼠沿轨迹转过一段距离DashTurn_L90_Arc2，最后电子鼠再移动一段距离DashTurn_L90_Passing，完成整个左转弯的轨迹曲线运动。此时将更新其坐标为（X-1，Y），在X-1>0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冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为0，微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径；
7）当微电脑鼠冲刺到达（7，7）、（7，8）、（8，7）、（8，8）后会准备冲刺后的返程探索以便搜寻更优的路径，控制器会调出其已经存储的迷宫信息，然后计算出可能存在的其它最佳路径，然后返程开始进入其中认为最优的一条；
8）在微电脑鼠进入迷宫返程探索时，并其导航的传感器S1、S2、S3、S4、S5和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FPGA处理器，由FPGA处理器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无刷电机和第二高速直流无刷电机进行确定：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（0，0），如果是的话置返航探索标志为0，微电脑鼠进入冲刺阶段，并置冲刺标志为1；
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无刷电机和第二高速直流无刷电机的轴上上加入了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，使得微电脑鼠的冲刺坐标计算不会出现错误；
10）为了能够减少光源对微电脑鼠冲刺的干扰，本发明加入了光电传感器S7，此传感器会在微电脑鼠冲刺阶段对周围的异常光源进行读取，并自动送给控制器做实时补偿，消除了外界光源对冲刺的干扰。
综上所述的，本发明揭示的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，为了提高运算速度，保证微电脑鼠快速冲刺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FPGA处理器，形成基于单片机+FPGA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，把微电脑鼠快速冲刺自动控制系统中工作量最大的两轴伺服系统交给FPGA处理器处理，充分发挥FPGA处理器数据处理速度较快的特点，而迷宫读取模块、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FPGA处理器的分工，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。
本发明微电脑鼠快速冲刺自动控制系统具有的有益效果是：
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+FPGA的处理器单元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，并且时刻显示锂离子电池的SOC，有利于了解电池的能量状态，当状态较低时，可以在冲刺前提前换掉电池，从而减少了电池对高速冲刺的误干扰；
2：由FPGA处理器处理微电脑鼠高速冲刺时的两只电机的伺服控制，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，并且系统可移植能力强；
3：本发明基本实现全贴片元器件材料，实现了单板控制，不仅降低了微电脑鼠的体积，而且也降低了其重心，有利于其快速冲刺；
4：本发明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小车的稳定性和动态性能；
5：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发射器OPE5594A和红外接收器接收器TSL262，使得运算精度大大提高，有利于提高高速冲刺时对前面迷宫挡墙的探知；
6：由于本控制器采用FPGA处理器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；
7：在微电脑鼠快速冲刺过程中，控制器会对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冲刺的影响；
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曲线轨迹的转动；
9：由于具有存储功能，这使得微电脑鼠可以轻易调取已经探索好的迷宫信息，可以优化二次冲刺的路径，降低冲刺时间；
10：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。
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 (8)
1.一种微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，其特征在于，包括处理器单元、第一控制器、第二控制器、第一高速直流无刷电机、第二高速直流无刷电机以及微电脑鼠，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无刷电机和第一高速直流无刷电机，通过第一高速直流无刷电机和第二高速直流无刷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无刷电机控制微电脑鼠的速度，所述的第二高速直流无刷电机控制微电脑鼠的方向，其中，所述的处理器单元为一双核处理器，包括单片机和FPGA处理器。
2.根据权利要求1所述的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，其特征在于，所述的处理器单元还包括设于单片机和FPGA处理器的上位机系统和运动控制系统，所述的上位机系统包括迷宫读取模块、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，单片机用于控制迷宫读取模块、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，FPGA处理器用于控制伺服控制模块，且单片机和FPGA处理器之间实时进行数据交换和调用。
3.根据权利要求1所述的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，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所述的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，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所述的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，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所述的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，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所述的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，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所述的微电脑鼠快速冲刺自动控制系统，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。
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|---|---|---|---|---|
| CN102841619A (zh) * | 2012-09-21 | 2012-12-26 | 苏州工业园区职业技术学院 | 微电脑鼠快速探索自动控制系统 |
| CN103472834A (zh) * | 2013-09-16 | 2013-12-25 | 苏州工业园区职业技术学院 | 基于双核两轮微电脑鼠超快速冲刺控制器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009005188A1 (en) * | 2007-07-03 | 2009-01-08 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Path search method |
| CN201886351U (zh) * | 2010-10-25 | 2011-06-29 | 陕西科技大学 | 一种用于迷宫冲刺的电脑鼠 |
| CN102445905A (zh) * | 2010-10-14 | 2012-05-09 | 刘伟顺 | 一种迷宫电脑鼠控制装置 |
| CN102841619A (zh) * | 2012-09-21 | 2012-12-26 | 苏州工业园区职业技术学院 | 微电脑鼠快速探索自动控制系统 |
| CN202838071U (zh) * | 2012-09-21 | 2013-03-27 | 苏州工业园区职业技术学院 | 微电脑鼠快速探索自动控制系统 |
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-
2012
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009005188A1 (en) * | 2007-07-03 | 2009-01-08 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Path search method |
| CN102445905A (zh) * | 2010-10-14 | 2012-05-09 | 刘伟顺 | 一种迷宫电脑鼠控制装置 |
| CN201886351U (zh) * | 2010-10-25 | 2011-06-29 | 陕西科技大学 | 一种用于迷宫冲刺的电脑鼠 |
| CN102841619A (zh) * | 2012-09-21 | 2012-12-26 | 苏州工业园区职业技术学院 | 微电脑鼠快速探索自动控制系统 |
| CN202838071U (zh) * | 2012-09-21 | 2013-03-27 | 苏州工业园区职业技术学院 | 微电脑鼠快速探索自动控制系统 |
| CN202838072U (zh) * | 2012-09-21 | 2013-03-27 | 苏州工业园区职业技术学院 | 微电脑鼠快速冲刺自动控制系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张筱云，李淑萍: "微电脑鼠伺服控制器的设计与研究", 《微电机》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102841619A (zh) * | 2012-09-21 | 2012-12-26 | 苏州工业园区职业技术学院 | 微电脑鼠快速探索自动控制系统 |
| CN102841619B (zh) * | 2012-09-21 | 2014-10-29 | 苏州工业园区职业技术学院 | 微电脑鼠快速探索自动控制系统 |
| CN103472834A (zh) * | 2013-09-16 | 2013-12-25 | 苏州工业园区职业技术学院 | 基于双核两轮微电脑鼠超快速冲刺控制器 |
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