基于ARM的清洁机器人定位控制系统设计-论文.pdf

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1、《工业控制计算机}2014年第27卷第3期121基于ARM的清洁机器人定位控制系统设计DesignofCleaningRobotLocatingControlSystemBasedonARM周志景冯龙生(东南大学自动化学院，江苏南京210096)摘要提出了一种基于ARM的清洁机器人定位控制系统设计方案，采用STM32F1O3RBT6作为核心处理器，给出了完整硬件设计方案及软件设计框架。实验结果表明，该方案完成了清洁机器人定位功能，完全达到了预期设计要求。关键词：清洁机器人，STM32F103RBT6，定

2、位AbstractThispaperpresentsacleaningrobotlocatingcontrolsystembasedonARMUsingSTM32F1O3RBT6asthecorepro—cessor，thispapergivesacompletehardwaredesignandsoftwaredesignframework．Theexperimentalresultsshowthatthecircuitcanpedormcleaningrobotlocatingandfulyachi

3、evethedesiredrequirementsKeywords：cleaningrobot，STM32F103RBT6，locating清洁机器人在具体应用过程中，由于家居环境有差异、运动种通讯功能的要求，本设计选取ST公司的STM32F103RBT6路径不固定等原因使得清洁机器人定位成为影响清洁机器人性芯片作为主控器。能的关键性问题。针对该问题，本文提出了一种基于2．2电机驱动芯片选型STM32F103RBT6控制芯片的清洁机器人运动控制方案，综合考虑到电机额定电压、额定电流的大小及尺寸、外观、使

4、用方嵌入式控制技术、传感器技术及通讯技术，监测与控制清洁机器便等因素，本文采用了L298集成芯片来代替三极管所构成的驱动人的运行状态，实现了清洁机器人的定位功能。电路。L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。1系统总体方案设计3硬件电路设计本系统总体方案电路由主控器、电机驱动模块、电流检测与3．1电机驱动电路放大模块、角度测量模块、位置定位模块、距离测量模块、无线通本设计中的清洁机器人使用四轮驱动方式。同排轮子采用讯模块、温度测量电路、调试下载接口、外围设备、电源模块等电同一驱动信号，具

5、有相同的运动速度。L298芯片带有两路H桥路组成，系统硬件框图如图1所示：的高电压大电流全桥式驱动信号，分别控制两排轮子运动。电路如图2所示：l无线通讯Il温度测量lJ调试器下Il接131f模块1I载131jI电源}．主控器●。——。——f晶振l1．．_-J图1系统硬件框图图1中，主控器通过PWM脉宽调制技术控制电机驱动模块，通过角度测量模块确定清洁机器人的出发角，通过距离测量模块测量机器人走过的距离，最后，利用位置定位模块对清洁机器人的位置进行最终调整。同时，主控器通过电流放大与检测模块对电机电流进行

6、检测，通过温度检测电路对系统温度进行检测，以实现相应的保护功能。在运行过程中，清洁机器人通过无线通讯模块，把实时数据上传到上位机。用户可通过上位机界面对清洁机器人进行监测与控制。GNDGND此外，主控电路板还带有LED指示灯、RS232接口等外设。图2电机驱动电路2关键器件选型二极管O6～D13用于钳位电机两端的电压，避免电机因输图1中，主控器和电机驱动模块是整个系统的核心。入电压过高而损坏。例如当OUT1电压高于BAT电压时，二极2．1主控器选型管D6导通，把OUT1电压钳位在BAT值；当OUT1电压

7、低于基于多PWM输出口、I／O中断口、高精度A／D转换以及多GND电压，二极管D10导通，把OUT1电压钳位在GND电压122基于ARM的清洁机器人定位控制系统设计值。R42为功率电阻，用于测量流过电机的电流。交互，实现对其运行状态的3-2电流检测与放大电路实时监测。同时，上位机可以本文中流过R42的电流即为电机运行电流，通过对R42两发送控制信号对清洁机器人端的电压进行放大与测量即可测得此电流值及过流情况。电路进行控制。如图3所示：4系统软件设计4．1总体软件设计本系统总体软件设计使用有限状态机编程思

8、想[4_，它假设系统具有有限状态，状态的转变是对输人事件的响应。系统在任何时刻总是处图5总体软件实现流程图于某一确定的状态上，且其行为是确定的。总体实现流程图如图5所示。程序启动后，初始化无线通讯模块，设定当前状态为空闲，等待上位机发送定位信息。0ND程序初始化结束后进入状态机程序。状态机程序进行看门图3电流检测与放大电路狗定时器的清O。清0完成后，系统进行当前状态判断。所有工图3中LM358芯片对Curr—motor信号进行放大，放大后作