基于MCU和CPLD的智能移動機器人控制系統(tǒng)

摘 要: 針對移動機器人控制系統(tǒng)設計和開發(fā)要求的復雜性， 從成本低、易開發(fā)、易調試和高集成性的角度出發(fā)， 提出了一種基于微處理機控制單元(MCU )和復雜可編程邏輯器件( CPLD )的智能移動機器人控制系統(tǒng)設計。給出了自動避障、電機驅動控制、紅外遙控等關鍵功能的設計實現(xiàn)方法， 著重對基于CPLD 的超聲波檢測模塊、紅外編碼模塊、壁障模糊控制器的設計等進行了詳細的論述。同時， 還給出了系統(tǒng)主程序和超聲測距子程序軟件設計流程。實踐結果表明， 該移動機器人控制系統(tǒng)可使硬件結構大大簡化， 并具有功能豐富、集成度高、性價比高等特點。

0 引 言

近幾年來， 移動機器人研究技術取得了很大進展，許多科研成果被應用到實際產(chǎn)品中， 同時， 對于機器人的核心部分 控制器的選擇也從傳統(tǒng)的單片機發(fā)展到DSP及嵌入式微處理器ARM。隨著技術的發(fā)展， 單片機的集成度也越來越高， 而對于一些干擾源較少、環(huán)境適宜的工作場合， 比如居家、寫字樓等， 使用單片機作為主控制器， 在開發(fā)成本和調試方面都有一定的優(yōu)勢;另外， 考慮到機器人底層控制系統(tǒng)外圍電路的復雜和單片機資源有限， 采用CPLD 作為外部擴展芯片， 可以靈活設計與外圍器件接口電路。

針對機器人控制系統(tǒng)設計和開發(fā)要求的復雜性， 筆者從成本低、易開發(fā)、易調試和高集成性的角度出發(fā)， 提出一種基于MCU和CPLD設計智能移動機器人。

1 移動機器人的車體結構

考慮到移動機器人靈活性和穩(wěn)定性， 本研究采用4 輪圓底盤結構， 驅動輪處于車身左右兩側， 前后兩個萬向輪作為從動輪， 主要起支撐作用， 能實現(xiàn)轉彎半徑的最小化， 即原地轉圈 。每個驅動輪由一微型步進電機驅動。

根據(jù)移動機器人功能， 可以把整個系統(tǒng)分成3個功能層: 控制及顯示層、傳感測量層和電機驅動層。機器人車體結構總體方案設計如圖1所示。

圖1 移動機器人車體結構設計簡圖

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[1].CPLD datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/CPLD+_1136600.html.