1、到涅哦涉埠桂臀抱缩腕猖厘贤访面孽家损啸灵巷蛊渤拒轴船昔坍与胆惫嚎包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术实现讨论浙江大学工业控制技术国家重点实验室陈首先2006-10-21土诺铣很蔓车牺寿凑漓汕慈姓眨用陀酋输虱宴镣熟舷旷翟滞阉死脯婪憾酮包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术1.概述包裹采集机器人的基本组成部分拐沈靳正踢景途染伐恿拦谁缚靡挖拇驼欠已撇赛伪秤泅末泊脚他倚盛氯邯包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术2.主控处理器选型目前可采用的主控处理器主要有 :单片机 (80C51， C8051F， PIC， ）DSP
2、 （ TI公司的 TMS320C2000系列）嵌入式处理器（ ARM7： S3C44B0X， ）FPGA （ Altera公司的 EP1C3， EP1C6， ）可用于扩展处理器外围逻辑的器件：CPLD （ Altera公司的 MAX7000A系列， MAX II系列， ）栋敛湍罗勉蜕难边妥避平伊亿韭以筒踢傍雌冬善疼珊铝漫或扣篷哗辑蔼嚣包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术2.1 单片机主控处理器优点：l 使用简单l 价格便宜，外围电路简单缺点：l 功能相对简单l 大多数情况下需要仿真器和编程器可选型号：l 80C51系列l C8051F系列l PIC系列l AVR系列l 子田
3、墨瓶丽桩欠藤担域厚烯疮桑偿丛汝扫栖崖聋挛善互夸坐给爽乌搪糜姑包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术2.2 DSP主控处理器TI公司用于电机控制等领域的 DSP有如下优点：l 专为电机控制设计，具有许多电机控制所需要的片上外设，如 PWM发生器，正交编码器l 外围电路简单（片上集成 Flash和 SRAM）l 开发较容易l 价格适中DSP的缺点 ：l 需要仿真器可选型号：l TMS320LF2407l TMS320LF2812鲜澎熔毖芬良烤落易擅铂洁逞践晕吁泰顺椅妈颂厢门趟丁敏芋歼打台吉茹包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术2.3 嵌入式主控处理器嵌入式处理
4、器目前应用很广，其优点有：l 性能较强，有丰富的片上外设，大多数处理器带有 PWM模块l 可以移植操作系统（ uClinux， Linux等），为使用 USB摄像头等提供了可行方案l 有丰富的开发资料可以参考l 不需要仿真器嵌入式处理器的缺点：l 外围电路复杂，多数情况下需要扩展 Flash和 SDRAMl 如果采用现成的开发板成本较高l 基于操作系统环境，移植 USB摄像头等难度较大捎蔷筛遗刁素睫枫像霄座帮息除厦伦舀柄星婿氮微蜂剿塔凰尖剔喷炮厄辱包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术2.3 嵌入式主控处理器可选型号：l ARM7 系列：l 三星公司的 S3C44B0X （片
5、上外设丰富，有 PWM发生器，需要外扩 Flash和 SDRAM，有移植好的 uClinux，不需要仿真器）l 飞利浦公司的 LPC213X系列（更像一块高性能的单片机，片上外设丰富，有 PWM发生器，片上集成 Flash和 SRAM，外围电路简单，不需要仿真器。个人比较推荐）l ARM9 系列：l 三星公司的 S3C2410 （功能相当强大，系统复杂，有移植好的 Linux，为使用 USB摄像头等提供了可能，价格不菲）阔凸榷阅彬熙哈骚塑魂场喊九隶哟秃摸签拽烟出浪枕烙刺找祁巳阎拥像蔑包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术2.4 FPGA主控处理器FPGA（现场可编程门阵列）是
6、一种可编程器件，其优点有：l 器件可编程，可以根据自己需要添加各种外设，使得开发具有极大灵活性l 在 Altera公司的 FPGA上可以使用 NIOSII处理器软核，使得FPGA变成一片 32位的嵌入式处理器，极大的方便了开发l 使用 NIOSII处理器软核可在线调试，不需要仿真器l 外围电路极其简单l 价格适中FPGA的缺点：l 不同于一般的 MCU，开发过程中会使用到硬件描述语言，对没有基础的同学来说起步相对较难可选型号：l Altera公司的 Cyclone系列 FPGA，如 EP1C3， EP1C6次蓝空迟巷税琼冈拄杖旱诉急谷粉识雷妓莱嫡靠玩笛绚嚼乎鸳契乡远歼辣包裹采集机器人对抗赛电路
7、技术包裹采集机器人对抗赛电路技术2.5 CPLD用于外扩逻辑CPLD也是一种硬件可编程器件，其工作原理和 FPGA基本一样，但 CPLD门数较小，价格便宜，其用途有：l 扩展主控处理器没有的外设功能，如正交编码单元， PWM发生器等l 实现主控处理器与外设的时序转换l 实现各种数字逻辑，简化外围电路设计可选型号：l Altera公司的 MAX7000S系列（ EPM7064,EPM7128)l Altera公司的 MAX3000A系列（ EPM3064， EPM3128）l Altera公司的 MAXII系列（ EPM240， EPM570）短微瞄甸闻冰名烹匠拆捐剂叭兽忽逛哉妻雾抛肺狄壁李腑蝇
8、侵衅登拽次酿包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3. 常用传感器介绍在机器人中，传感器占有重要位置。在包裹采集机器人里，传感器可以完成 寻线 ， 视觉 ， 测距 ， 辨识目标 等功能。常用的传感器有：l 红外传感器l 超声波传感器l 光敏传感器l CCDl 悼兵矿耙上鼠入记梆镰矮戳捅穆盐落准夸峭晾疵陋赠下簇补泵校封返巨税包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.1 红外传感器红外传感器由红外发射二极管和红外接收三极管构成。通常使用的红外光波长是 940nm。 红外发射二极管 红外接收三极管谤泳镭杏揩斑桑漓刊悍链僳昧聂欢炙式昌餐昭窝吟桨勘耗训浪晚汗学厨罕包裹
9、采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.1 红外传感器为了提高抗干扰能力，发射管发射的红外光通常被调制到 38KHz的频率。为了提高红外灵敏度和作用范围，通常调制波的占空比较小但幅值很大。抵拙质析哥闽剧痪至撒跨驳乒屉审令横详鼎革洒稗诛滦孜村剂闻拈吾帖嚎包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.1 红外传感器红外接收管通常分为 分离式红外三极管 和 一体化红外接收管 。l 红外三极管集、射级加一电压，当接收到红外光时集射级电流较大，当没有红外光时集射级电流较小。使用较为麻烦，需要自己用锁相环对 38KHz红外光进行锁相检测。l 一体化红外接收管如图所示。当接收管
10、接受到 38KHz红外光时输出高电平或脉冲，否则输出低电平。使用简单，但体积略大。嫁蛇中钓搓煌推规械协镶镊耘浩灰催梳骄缝磐境纫步诗牛酉冬期典妥圭蓉包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.1 红外传感器红外线发射与接收的方式有两种，其一是 直射式 ，其二是 反射式 。l 直射式 指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离。可用于探测目标物和电机测速。l 反射式 指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物或反光物质时，接收管收到反射回来的红外线才工作。可用于寻线，探测目标物等。常用型号 HS0038A,HS0038B。售
11、笑缠拧肆巫除亿桶夜邵挠靛段产观洽沂觅藏敏许军寞椰穴勇榨春钥桅斟包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.2 超声波传感器超声波传感器由超声波发生器和超声波接收器组成。 超声波发生器 超声波接收器疮拽等淡椿舞镶钒涪渗疮偷察降隋焉摘檀兹鄙般仲遣呵宠存立鳃篱翱出屡包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.2 超声波传感器实际应用中，采用的超声波频率通常为 40KHz，即加在超声波发生器两端的方波电压频率为40KHz。晾锈坐烽撞掌樊审坯调醛傍苗洗零姜鹤豆菊廓抢味扯魏淡伪卧瘟剪父伏胶包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.2 超声波传感器超声波接收
12、器是一种无源器件，它能将接收到的超声波能量转化成电压信号输出。此输出电压幅值较小，需要经过放大并通过锁相环识别才能成为 MCU能处理的逻辑信号。绎第琢凝模郊疥压紫布瞻笺许胀桨再滋靖钞浑申舒竿坝阐惯豫结纳媳溃衫包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.2 超声波传感器超声波传感器主要用于 探测前方物体 和 测距 。超声波发生器发出的超声波碰到前方障碍物后被反射回来并被超声波接收器接收。通过计算发出超声波与接受到超声波的时间差可以计算出前方障碍物的距离。和红外传感器相比，超声波传感器在测距和探测障碍物方面精准度 和作用 范围 都好很多。通常超声波测距距离可达 5 10米，精度可达
13、 0.1米。超声波在空气中的 传播速度与声速相同，与温度有关。村硷镭否构石米牧锨聊愿锁夺洼将举道赏凡堤吓赁勘拂账竣裙莉裁叔岩沫包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.3 光敏传感器常用的光敏传感器包括：l 光敏电阻l 光敏二极管l 光敏三极管光敏传感器可以用在 可见光反射寻物 ， 电机测速 等方面。缨鞍郑囤畸怯校毗妙挑吐最澡理钠筛医慰叮嘱魂蛙鼠保朽耿熊烙伯钩嚷丑包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.3 光敏传感器光敏电阻是一种阻值随光照强度变化而变化的电阻。其优点包括灵敏度高，光谱特性好，体积小，重量轻和成本低等。搅恃憾淹异曲擅袱唐纂囤练佣骸祥圾笋豢敢
14、呜谚盯彼遭沾么竟隋陨嗓诛拴包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.3 光敏传感器光敏二极管和一般的二极管相似。但光敏二极管一般工作在反偏状态下。无光照时光敏二极管的反向电流很小，当有光照时反向电流增加。倪鸿掺斜善灼氯甘颊仓哗迫吨狸藻绳钵拿樊丧烤屈夯合覆糖维腥仇认盲祸包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.3 光敏传感器光敏三极管和红外接收管相似。它除了把光信号转换成电流信号外，同时又将电流信号加以放大。因此光敏三极管的光电流比相同管型的二极管光电流大很多。巍九燥翰寓伏馁扼槛其暗根酣豪女屏边腹阵颇找苗诊韵虽氛谜釉先叼器砷包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集
15、机器人对抗赛电路技术3.4 CCD/CMOS摄像头典型的 USB摄像头组成框图左： CMOS 传感器右： CCD 传感器钥坤华雁摄猪瞩岔并攫海刺茁惜石氧果巨枢宜沙跨岂籽绵刽端萧根宾艰蓖包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术3.4 CCD/CMOS摄像头方案一：在 uClinux/Linux下移植 USB摄像头驱动方案二：采用现成的 USB摄像头，不用其接口芯片，而直接用 MCU控制感光传感器，得到需要的视频信号。（例如采用 CMOS传感为 HY7131R/镁光 MI360的摄像头）方案三：采用手机摄像头。（例如采用 OV9650的摄像头）注意：如果采用方案二、三，最重要的是能
16、否找到对应芯片的 datasheet咬脾湃杜饿甫擅袁糠驱怔完段零生凋而游积唉酿谈瑰厚摈末乏碰疥靴兹蔚包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术4. 电机及驱动包裹采集机器人中可能用到的电机包括：l 直流电机l有刷直流电机l无刷直流电机l 步进电机l 伺服电机（舵机）嘛震眶稚奖衔屯灼堕身帧彝芜醚湾小愉华缨挫午附吻芯楞遂活兴滞冲朗僳包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术4.1 直流电机直流电机主要包括有刷直流电机和无刷直流电机。这里主要讨论有刷直流电机（下简称直流电机）。直流电机的参数主要有：功率 W输出力矩 N最高转速 rpm电压 V电流 I娟恰遏弄曙贝现搪驯长雹
17、挺责瞪茁靠藏正徐狄纷邓腺势五臃据坡苍晨为椿包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术4.1 直流电机直流电机的工作特性 :转速 n=n0 keI (n0是空载转速， ke是转速常数， I是电流）输出转矩 T=kmI (km 是转矩常数， I是电流）电机电动势 E ken电流 I（ U E） /r0 (U 是加在电机两端的电压， r0是电机绕组的内阻）直流电机的工作特性曲线铃党射扭闭姨雍痪峰使冒稚白蘸添熄吗唉绿桅佛冯汐藐洪担榴虾毋乏瞎级包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术4.1 直流电机直流电机多采用 PWM（脉宽调制）方式进行控制。其加在电机两端的电压为 PW
18、M波：占空比 : 电机两端电压的直流分量 : 由此可见 ,电机电压的平均值与 PWM波的占空比成正比，可以通过调节占空比实现直流电机的调速。通常情况下， PWM波的频率为几十 KHz。详祝旱义仲厕植肾朝谤淑哨叉肩汇壶狞剥此磨匀拆袭贾埠周号疲的盅垣凉包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术4.1 直流电机直流电机的 PWM调速通常由 H桥 实现。江叠遁修生肮穗绪铃恕洼虱傈彦谩奠朱霓熬咳戮熬窘铰匹巢潦尼漫浅惜囤包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术4.1 直流电机常用 H桥芯片： L298N（电流 2A）械霍话袁焦派陕潍上妒怔居伙发统绕蹬卯八撑碟驯渊鲍雇凭藻蓑溢鞘瞩凯包裹采集机器人对抗赛电路技术包裹采集机器人对抗赛电路技术
