基于ARM9嵌入式系統(tǒng)智能滅火機器人控制器設(shè)計

1、基于arm9嵌入式系統(tǒng)智能滅火機器人控制器設(shè)計控制器是智能處理和控制信息的主體，它挺直打算了機器人的行為和性能。近幾年來隨著高性能微控制器和系統(tǒng)技術(shù)的不斷長進，為各類實時控制應用提供了解決計劃。嵌入式系統(tǒng)(es)是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、技術(shù)、微技術(shù)、語音圖像數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，甚至等先進技術(shù)和詳細應用對象相結(jié)合后的系統(tǒng)，其是硬件和軟件緊密捆綁在一起的系統(tǒng)。將嵌入式系統(tǒng)應用于滅火機器人的設(shè)計中，對機器人的性能智能化、網(wǎng)絡化、小型化都有了顯然提高。競賽用滅火機器人需要機器人有智能較高的自動控制性能與牢靠的機械控制性能的同時保證，才干在短時光內(nèi)精確尋覓到火源并滅火回家。在此以9處理器為核心，對基于嵌入式系

2、統(tǒng)的智能滅火機器人舉行了設(shè)計。本文將從硬件和軟件方面敘述智能滅火機器人控制器的實現(xiàn)辦法，并且給出了機器人滅火的詳細試驗，驗證了計劃的可行性，為智能滅火機器人的進一步討論提供了平臺。1 滅火機器人的描述滅火機器人的形狀結(jié)構(gòu)1所示，它的主要構(gòu)件有：放射傳感器(6個)，紅外接收傳感器(6個)，聲音傳感器(1個)，滅火風扇(前后各1個)，遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯?前后各7個)。其中紅外放射和接受傳感器的協(xié)作用法可以使機器人自動避障行走。遠紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢詸z測光的強弱，用于推斷房間是否有火以及趨光滅火。聲音傳感器用于啟動。基于實踐，風扇滅火更為牢靠，所以選用風扇滅火。2 滅火機器人的總體設(shè)計在智能滅火機器人

3、系統(tǒng)中，首先要解決的是定位問題，故需要一個好的定位計劃。所以，控制核心需要給傳感器留足夠的輸入接口，同時也要有足夠的輸出接口用于控制外設(shè)。而速度對滅火機器人至關(guān)重要，在高速運動的狀況下，需要cpu具有比較強的浮點數(shù)運算能力?；谏鲜隹紤]，挑選arm9為滅火機器人的控制核心，該控制器硬件功能齊全、功耗小、周邊設(shè)備集成度高，是先進的計算平臺。它與其他的主要部件如表1所示，系統(tǒng)總體框架2所示。3 滅火機器人嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 控制器系統(tǒng)設(shè)計因為嵌入式微處理器對實時任務具有很強的支持能力，可以完成多任務并且具有較短的中斷響應。因此在設(shè)計過程中，采納嵌入式arm9為核心的控制器(st公司的str9

4、11fam44)，實現(xiàn)了以極少的周邊芯片獲得齊全的功能。arm9處理器具有體積小，功耗低，性能高的特點。它集成了28路模擬信號采集通道，可以兼容數(shù)字信號和模擬信號，每路精度為10位，因此可以辨別3 mv特的輸入變幻。8路高速數(shù)據(jù)采集通道每秒可采集50萬次信號。該處理器內(nèi)部采納哈佛結(jié)構(gòu)，每秒可執(zhí)行1.1億條機器命令，這樣的強大功能可以實現(xiàn)機器人高速精確地根據(jù)規(guī)定路徑行走，并且機器人的cpu能夠?qū)崟r快速地讀取多個傳感器端口數(shù)值，在較短的時光內(nèi)完成對各端口數(shù)值的存儲、運算和輸出等多種任務。在主控制器核心cpu的基礎(chǔ)上，將各種功能模塊、執(zhí)行機構(gòu)等銜接到cpu的引腳上?？刂破骺偣灿?8路模擬采樣接口。a

5、rm9控制器的系統(tǒng)圖3所示。在此選用公司生產(chǎn)的 atmega 8微處理器作為輔助。atmega 8是基于增加的avr risc結(jié)構(gòu)的低功耗8位微控制器。因為它先進的命令集以及單時鐘周期命令執(zhí)行時光，atmega 8的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 mhz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的沖突。avr內(nèi)核具有豐盛的命令集和32個通用工作寄存器。同時atmega 8具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器軟件器、仿真器及*估板。這樣就大大便利了在硬件基礎(chǔ)上舉行軟件設(shè)計。arm9處理器含有20路標準數(shù)據(jù)采集通道通過atmega816-pc輔助單片機銜接到主芯片上，用以讀取遠紅外傳感器

6、組及檢測端口的數(shù)值，每秒可采集1 000次。這種設(shè)計提高了端口數(shù)值讀取速度，使機器人能對周圍環(huán)境信息做出快速推斷。arm9微處理器與輔助單片機4所示。為了保證滅火機器人靈便行走和低功耗，需要一個體積小，超薄輕便，功耗低的。uniohm公司生產(chǎn)的滿足設(shè)計要求，通過與單片機銜接、編程、下載、完成顯示功能。3.2 控制器電源供電設(shè)計電源挺直影響機器人運行特性。考慮到啟動眨眼很大，會造成電源電壓不穩(wěn)，影響單片機和輸入工作的穩(wěn)定性和牢靠性，因此這里采納雙電源供電計劃。電機電源采納容量為2 500 mah高放電倍率聚合物鋰電池，工作電壓為24 v，能提供40 a的穩(wěn)定供電電流，是一般電池的10倍；控制器電

7、源采納8.4 v鋰電池，并提供電壓采樣端口，以供電池檢測，控制器電源供電5所示。為獲得cpu各端口電路所需要的不同等級的電壓，該設(shè)計采納1個lm317t三端穩(wěn)壓器和2個ams1117低壓差線性電壓調(diào)節(jié)器，并通過其附屬電路，得到精確穩(wěn)定的5 v，3.3 v，1.8 v三種電壓；用1個發(fā)光ld1和限流r5作為電源指示燈，以顯示電源開關(guān)的狀態(tài)；為實時采樣電源電壓，防止鋰電池過放或過充，通過r1，r2分壓，引出ad19端口作為電源采樣端口。4 滅火機器人嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計機器人控制器是一個多任務并行執(zhí)行的實時控制器。在軟件實現(xiàn)上，滅火機器人除了要協(xié)調(diào)控制各個不同功用的電機，還需要對紅外、灰度、聲音等多

8、種傳感器接收的數(shù)據(jù)舉行傳輸、處理等。采納c語言可以便利快捷的編寫程序。這里對滅火機器人的每種功能舉行模塊化處理?？傮w的思路是：尋覓火源確定火源方位，臨近火源，趨光滅火，回家。主程序設(shè)計流程圖6所示。實現(xiàn)起來最基本的就是使機器人能夠順當?shù)闹本€行走和拐彎，這一模塊稱為沿墻走(沿左墻前，沿左墻后，沿右墻前。沿右墻后)，沿右墻前7所示。詳細為：(1)若正前距離很大，同時右前的距離稍小時，太逼近右墻，執(zhí)行左轉(zhuǎn)微調(diào)；(2)若正前距離很大，同時右前的距離稍大時，太逼近左墻，執(zhí)行右轉(zhuǎn)微調(diào)；(3)若正前距離很大，右前距離適中，就直行；(4)若正前距離特殊小，同時右前距離特殊小時，使機器人稍后退可以防碰撞；(5)

9、若正前距離比較小，右前距離也比較小時，機器人左轉(zhuǎn)；(6)右前距離很大時，機器人執(zhí)行右轉(zhuǎn)彎。其中：(1)(3)保證了在走直線時可以走直，通過不斷調(diào)節(jié)，使機器人始終運行在距離墻1015 cm的位置。(4)(6)保證了機器人順當拐彎和進房間。沿左墻行走及反方向沿墻行進同理，詳細的參數(shù)必需在不斷實驗中反復調(diào)整。幾種沿墻走協(xié)作用法就可以實現(xiàn)所有房間的遍歷和回家，再加上趨光和滅火的模塊就完成了囫圇滅火任務。5 滅火試驗在硬件的設(shè)計和實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，用c語言編寫了讓器人智能搜尋房間，發(fā)覺火源并滅火回家的程序。在不斷對各種參數(shù)的調(diào)整后，該機器人可以在8 s內(nèi)完成隨意房間滅火，滅完火后，機器人自動回家。統(tǒng)計了30組數(shù)據(jù)，如表2所示。滅火照片8所示。6 結(jié)語實際測試證實該設(shè)計的滅火機器人能夠較好完成滅火任務，具有一定參考和用法價值。該設(shè)計的創(chuàng)新之處為：以am09為核心的嵌入式系統(tǒng)的控制器運行速度高，能夠高速采集和處理傳感器系統(tǒng)信號，并發(fā)出相應的控制信號，實現(xiàn)8 s內(nèi)完成隨意房間滅火；該設(shè)計采納了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，大大提高了機器人處理信號的能力；str911fam4