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　　如前所述ARM7的遠(yuǎn)距機(jī)器人掌控控制系統(tǒng)的研發(fā)

　　國(guó)際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

　　1 總體方案設(shè)計(jì)

　　遠(yuǎn)距機(jī)器人掌控控制系統(tǒng)由機(jī)器人智能掌控組件、機(jī)器人監(jiān)控組件、和遠(yuǎn)距掌控組件等三部份構(gòu)成。其工作過(guò)程為控制臺(tái)PC機(jī)向機(jī)器人掌控器發(fā)送掌控指示，CPU接收到來(lái)自控制臺(tái)的指示，發(fā)送至掌控器，掌控器掌控機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人監(jiān)控控制系統(tǒng)，透過(guò)視頻攝像頭截取當(dāng)晚影像，傳輸?shù)娇刂婆_(tái)，在控制臺(tái)PC上顯示當(dāng)晚影像。其整體結(jié)構(gòu)SimRank如圖l所示。

(1) 機(jī)器人智能掌控組件：該部份是控制系統(tǒng)的核心。選用PDP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、處置統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，透過(guò)RS485匯流排管理和掌控機(jī)器人監(jiān)控組件。并且掌控器透過(guò)GPRS組件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能掌控組件與內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)的通訊，使使用者能透過(guò)短信和互聯(lián)網(wǎng)等方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能掌控組件的遠(yuǎn)距掌控，同時(shí)，掌控器還透過(guò)按鍵和顯示器為使用者提供更多人機(jī)介面，方便使用者同時(shí)實(shí)現(xiàn)鄰近地區(qū)掌控。

　　(2) 機(jī)器人監(jiān)控組件：機(jī)器人監(jiān)控組件透過(guò)單面機(jī)組成若干小的掌控控制系統(tǒng)掌控各驅(qū)動(dòng)單元，并透過(guò)統(tǒng)一的掌控匯流排將這些小的掌控控制系統(tǒng)組成互聯(lián)網(wǎng)，相連到機(jī)器人智能掌控組件，受機(jī)器人智能掌控組件掌控。

　　2 控制系統(tǒng)硬體設(shè)計(jì)

　　2．1 硬體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

責(zé)任編輯換用三星公司S3C4480晶片作為掌控器的中心掌控組件，負(fù)責(zé)和GPRS通訊組件、機(jī)器人監(jiān)控組件、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、按鍵、顯示器等組件展開(kāi)通訊和控制系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集和處理。主要分為兩個(gè)部份：即機(jī)器人智能掌控組件和機(jī)器人監(jiān)控組件。

　　2．2 機(jī)器人智能掌控組件的硬體設(shè)計(jì)

　　掌控器的電阻設(shè)計(jì)部份主要分為如下幾個(gè)組件：

　　(1)ARMCPUS3C4480的西向電阻組件：包括電源管理、按鍵、顯示器和SDRAM、Flash等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及流程儲(chǔ)存設(shè)備。

　　(2)GPRS通訊組件及其西向電阻設(shè)計(jì)：GPRS組件用作同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距使用者與掌控終端產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸，責(zé)任編輯換用了西門(mén)子公司的MC35I組件。其西向電阻設(shè)計(jì)主要完成了MC35組件的供電部份，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸、組件啟動(dòng)和關(guān)閉及工作模式指示等部份的電阻設(shè)計(jì)。

(3)串行擴(kuò)充：GPRS modem傳呼機(jī)需要CPU為其提供更多完備的9線串行，而S3C4480只提供更多了3線串口。因此責(zé)任編輯透過(guò)外置DDR3的通用觸發(fā)器接收器STl6C2550擴(kuò)充了完備的9線串行擴(kuò)充。

　　(4)RS485轉(zhuǎn)換器：透過(guò)TI公司的RS485USB晶片75LBC184，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了S3C4480(單面機(jī))串行口的TTL阻抗與RS485阻抗之間的轉(zhuǎn)換，該晶片的阻抗為RS485標(biāo)準(zhǔn)阻抗的2倍(≥24kΩ)，故能在匯流排上相連64個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　2．2．1 ARMCPU的西向電阻設(shè)計(jì)

　　2．2．1．1 開(kāi)發(fā)板天然資源的使用

　　開(kāi)發(fā)板提供更多了豐富的內(nèi)部天然資源，下面對(duì)除了電源、時(shí)鐘源、復(fù)位電阻等必要性實(shí)用性外，控制系統(tǒng)使用到的部份天然資源作簡(jiǎn)要介紹：

內(nèi)部?jī)?chǔ)存器實(shí)用性：2M Bytes Flash、8M Bytes SDRAM，為控制系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、流程和操作控制系統(tǒng)Mach的儲(chǔ)存和運(yùn)轉(zhuǎn)提供更多儲(chǔ)存空間。

　　擴(kuò)充達(dá)維季夫卡：10M達(dá)維季夫卡，RTL8019AS，該部份用作從PC機(jī)上下載操作控制系統(tǒng)Mach和應(yīng)用流程。

　　LCDUSB(帶LCD顯示器)：320X240，STN，16級(jí)位圖，最大可接640×480256色。

　　按鍵：按鍵和LCDUSB用作為使用者提供更多鄰近地區(qū)掌控的人機(jī)交互介面。

　　串行：兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232USB。用作和PC機(jī)相連，透過(guò)超級(jí)終端產(chǎn)品展開(kāi)控制系統(tǒng)增容。

　　JTAGUSB：利用JTAG虛擬環(huán)境町以透過(guò)JTAG邊界掃描口展開(kāi)在線仿真。目前JTAG有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即14針USB和20針USB，開(kāi)發(fā)板選用的是標(biāo)準(zhǔn)14針JTAGUSB，全力支持ARM7個(gè)系列CPU，全力支持STD，并口相連，全力支持互聯(lián)網(wǎng)增容功能。

2．2．1．2 控制系統(tǒng)儲(chǔ)存器的分配 S3C4480全力支持統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的大／小端優(yōu)先選擇(透過(guò)內(nèi)部插口展開(kāi)優(yōu)先選擇)；具有8個(gè)儲(chǔ)存體，每個(gè)儲(chǔ)存體可達(dá)32MB，總共可達(dá)256MB；對(duì)所有儲(chǔ)存體的訪問(wèn)大小均能改變(8位/16位／32位)；8個(gè)儲(chǔ)存體中，Bank0~Bank5能全力支持ROM、SDRAM；Bank6、B　ank7可全力支持ROM、SRAM和SDRAM等；7個(gè)儲(chǔ)存體的初始門(mén)牌號(hào)固定，1個(gè)儲(chǔ)存體的初始門(mén)牌號(hào)可變。

開(kāi)發(fā)板中Flash換用SST39VFl60，lM×16位，作為流程儲(chǔ)存器主要用作替代ROM，必要性時(shí)也能儲(chǔ)存部份重要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。開(kāi)發(fā)扳中SDRAM晶片換用HY57V641620，4M×16bit，儲(chǔ)存容量為8MB。用SDRAM當(dāng)作控制系統(tǒng)內(nèi)存。

　　2．2．2 GPRS組件MC35及其西向電阻設(shè)計(jì)

　　2 2．2．1 MC35組件

　　MC35址Siemens公司推出的新一代無(wú)線通訊GPRS組件，主要由GSM基帶CPU、GSM射頻組件、供電組件(ASIC)、閃存、ZIF相連器、天線USB六部份組成。

　　2．2．2．2 MC35西向電阻設(shè)計(jì)

　　(1)MC35I 電源電阻

　　組件要求單一電源供電，提供更多3．3V到4．87的電壓(標(biāo)準(zhǔn)輸入為4．27)，2A的電流。責(zé)任編輯換用LM2576ADJ為組件提電源，該晶片為降壓式開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器，電壓的輸入范圍為：10～40V，換用12V(透過(guò)220V轉(zhuǎn)12V變壓器得到)輸入，輸出為1．5V。供電部份電阻設(shè)計(jì)如圖2所示。

(2)啟動(dòng)和關(guān)機(jī)電阻

　　啟動(dòng)電阻由開(kāi)漏極三極管和上電復(fù)位電阻組成。責(zé)任編輯用程控方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)，其電阻圖如圖3所示，其簡(jiǎn)化電阻如圖4所示。

　　第一種方式為手動(dòng)掌控方式，電阻如圖3所示，主要用作MC35I饃塊的單獨(dú)增容，當(dāng)S1被按下時(shí)Q3基極為高阻抗，Q3導(dǎo)通，使IGT腳電壓被拉低，肩動(dòng)組件。

　　關(guān)機(jī)電阻透過(guò)三極管給該腳一個(gè)大于3．5s的低阻抗，能關(guān)閉GPRS組件。電阻圖設(shè)計(jì)與圖3類(lèi)似。

　　2．2．2．3 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)通訊電阻

　　電氣特性方面MC35組件的串行選用的是ITU—TV．24協(xié)議，和RS232阻抗并不兼容。因此需要展開(kāi)阻抗轉(zhuǎn)換。本控制系統(tǒng)中我們使用TI公司的MAX3238阻抗轉(zhuǎn)換晶片。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)通訊電阻設(shè)計(jì)如圖5所示。

2．2．2．4 SIM卡電阻

　　MC35I還提供更多了6個(gè)SIM卡電阻USB，SIM卡讀卡器的電阻相連圖如圖6所示：

　　2. 2．3串行擴(kuò)充組件

　　為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)家庭智能掌控器的互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)距擰制，需要透過(guò)GPRSmodemMC35同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳呼機(jī)。本設(shè)計(jì)換用過(guò)AT公司的STl6C2550完成串行擴(kuò)充，STl6C2550與ARMCPU的電阻相連圖如圖7所示。

　　此外，STl6C2550的串行輸出為T(mén)TL阻抗，這里使用MAX3238將阻抗轉(zhuǎn)化為串行的RS232阻抗。

　　2．2．4 RS485USB電阻

本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的家庭智能掌控器，家庭內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)布線選用RS485匯流排。由于ARMCPU4480和單面機(jī)(文中換用的Atmel公司的AT89C52)都沒(méi)有提供更多現(xiàn)成的RS485匯流排USB，因此需要優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)換晶片同時(shí)實(shí)現(xiàn)USB的轉(zhuǎn)換。本控制系統(tǒng)換用了TI公司生產(chǎn)的一利RS485USB晶片75LBCl84。

　　2．2．4．1 RS485USB電阻設(shè)計(jì)

　　4480和單面機(jī)的串行輸出都為T(mén)TL阻抗，因此4480和單面機(jī)與75LBCl84的相連電阻一致，其電阻圖如圖8所示。

　　2．3 機(jī)器人監(jiān)控組件

　　機(jī)器人監(jiān)控控制系統(tǒng)集機(jī)器人動(dòng)作掌控、視頻攝像頭當(dāng)晚拍攝等多功能于一體。責(zé)任編輯在機(jī)器人監(jiān)控組件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元組件、其他電機(jī)裝置驅(qū)動(dòng)單元組件，每個(gè)組件都由單面機(jī)作為掌控器構(gòu)成，并透過(guò)單面機(jī)相連RS485匯流排組成監(jiān)控互聯(lián)網(wǎng)，并最終受到機(jī)器人智能掌控器掌控。

　　2．3．1 紅外機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元掌控組件

紅外機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元掌控組件主要用作掌控內(nèi)含有紅外置收晶片的機(jī)器人。

　　2．3．1．1 紅外發(fā)射電阻設(shè)計(jì)

　　紅外發(fā)射電阻中選用的紅外發(fā)射器件是塑封的TSAL6200紅外發(fā)射二極管，紅外脈沖串的寬度和間隔由單面機(jī)透過(guò)I／O口輸出的高低阻抗的時(shí)間間隔來(lái)掌控，調(diào)制電阻是74LSl23的兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A和U2B級(jí)聯(lián)構(gòu)成的可控振蕩器。其電阻圖如圖9所示。

　　2．3．1. 2 紅外置收電阻設(shè)計(jì)

　　紅外置收選用}tS0038B紅外置收器，電阻設(shè)計(jì)如圖10所示。

　　3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要的分為三個(gè)部份：家庭控制系統(tǒng)組件的軟件設(shè)計(jì)；RS485通訊協(xié)議設(shè)計(jì)及家庭智能掌控器與家庭控制系統(tǒng)通訊的軟件設(shè)計(jì)；家庭智能掌控器的軟件設(shè)計(jì)。其中，家庭智能掌控器的軟件設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心，該部份的軟件設(shè)計(jì)以PDPμClinux操作控制系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，負(fù)責(zé)家庭控制系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處置，并且能夠和遠(yuǎn)距使用者通訊，同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距掌控，是同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭控制系統(tǒng)的智能化管理的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)SimRank如圖11所示。

　　4 結(jié)論

　　利用本裝置能掌控機(jī)器人監(jiān)控控制系統(tǒng)，同時(shí)能透過(guò)短信等方式，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)距監(jiān)控。

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