RFID导购机器人导航与控制系统的设计研究

［编纂简介］：伴随着科学技术发展和人民生活水平进步，机器人曾经入手下手进入了人们的生活中。这个时期的光降，呈现了各类新型机器人，如打扫机器人、安防机器人。移动机器人的最主要的部份之一：导航系统，越发造成机器人行业的存眷。机器人导航系统对很多机器人应用行业至关主要如：智能堆栈，超市导购，家用机器人，自动化藏书楼，智能病院等。比拟遍及的是寻线机器人。作者在读研时期，屡次到场这种机器人角逐和设计。事实设计中发明：由于受到固定线的限定，这种体系并不可以实现真正意义上的全方位的自立运转。别的，这种办法受到光的影响很大，不可以事实

［关键词］：RFID 机器人 导航 地磁场感到 电子罗盘

　　1媒介

　　伴随着科学手艺发展和人民生活水平进步，机器人已入手下手进入了人们的生活中。这个时期的到临，泛起了各类新型机器人，如打扫机器人、安防机器人。移动机器人的最主要的局部之一：导航体系，愈加惹起机器人范畴的存眷。机器人导航体系对很多机器人运用范畴至关主要如：智能堆栈，超市导购，家用机器人，自动化藏书楼，智能病院等。比拟遍及的是寻线机器人。作者正在读研时期，屡次到场这种机器人角逐和设计。预期设计中发觉：由于受到固定线的限定，这种体系并不可以实现真正意义上的全方位的自立运转。别的，这种要领受到光的危害很大，不可以预期的运用取生活中。线正在地表还会危害空中美妙。正在经由充足的文献查找和思考后提出了一种新的机器人导航体系，把RFID，地磁场感到，DSP等手艺融会。进行了预期的体系硬软件设计和稳定性测试。

　　2 导航硬件体系

　　我们开辟的硬件体系主要由：DSP焦点板,RFID板,体系主板，电子罗盘，驱动板组成。

　　2.1 DSP中心板

　　我们自行设计的DSP体系采取TMS320F2812为焦点，2812是TI公司的一款适用于操纵的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片。焦点采取高速的处置机，主如果思量今后关于体系的二次开发。和利便算法的移植。指令体系最高可在150MHZ主频下事情，并带有18k的0守候周期片上 SRAM和128k片上存取工夫为36ns FLASH。其片上外设次要包孕ADC、双SCI、SPI、McBSP、eCAN等，并带有事务治理模块（EVA、EVB），辨别包孕6路 PWM/CMP、2路QEP、3路CAP、2路16位定时器。个中的双SCI能够一路接传感器一路接PC实时输出调试信息。16位的PWM能够实现精致的调速。CAP等利便了取传感器的接口。最大输入为3V的16路、12位,转换工夫为80ns的ADC能够取此同时接16路间隔传感器。2812具有16×16 位双乘法累加器，可觉得处置射频和地磁场标的目的旌旗灯号给予充足的处置速度。因为2812焦点电压（1.8V）和起振频次的特殊性，此焦点板采取无源晶振。

　　中心板采纳TPS767D318双路输出高压降LDO。给予双电源，包管了中心电压1.8V的稳固供应。TPS767D318有高速的瞬态相应，专适用于 DSP，最大能够给予1A的电流。能够实现对IO和中心的分时复位。有上电复位功用，高压掩护功用，其复位延迟时间为200ms。有过热掩护功用。最大功率较量争论能够用式1较量争论。

　　 (1)

　　此中TJMAX是最大容许温度，依据履历一样平常TPS767D318为125度摆布。TA是环境温度。RθJA是衔接阻抗。关于28管脚一般为27.9°C/W。现实的功耗可由式2较量争论，此中VI和VO分别为输入输出电压，IO为输出电流。

　　(2)

　　正在外围电压滤波层面接纳多级坦电容（104和220uF）并联的方法。如许的设计可以发生低ESR的结果。按照履历，正在频域，104能极大的滤除高频滋扰，而220uF可以最好水平的低落电压的低频滋扰。

　　2.2 体系主板取传感模块

　　关于电源，体系采纳12V锂电池供电，采纳三规矩电压调治器调治电压。内部集成功率回护。输出电流能够达到1A。输入耐压能够达到30V。供应充电接口，根据开关开展节制，电路板上留有接口,能够对锂电池开展充电。

　　定位安装采纳射频手艺（RFID）。RFID已经成为一个热点的手艺。近来沃尔玛经过了一项"要求其前100家供应商正在2000年1月之前向其配送中间发送货盘和包装箱时运用RFID手艺，2006年后逐渐正在单件商品中运用这项手艺"的决定。由信息传送的基本原理而言，射频辨认手艺正在低频段基于变压器耦合模子(低级取次级之间的能量传送及旌旗灯号传送)，正在高频段基于雷达探测目的的空间耦合模子(雷达发射电磁波旌旗灯号遇到目的后携带目的信息返回雷达接收机)。最基本的RFID系统由三一些构成：标签、阅读器、天线。按作用间隔可分为密耦合卡(作用间隔小于1厘米)、近耦合卡(作用间隔小于15厘米)、疏耦合卡 (作用间隔约1米)和远间隔卡(作用间隔由1米到10米，乃至更远)。本系统采纳近耦合卡。射频模块取2812的SCIA口开展通讯。经过对数据流开展解码，推断机器人的位置。

　　接着是红外躲障模块。一样平常机器人的躲障能够接纳红外反射的方式，这在机器人角逐中比拟遍及。GPIO节制红外线的发射，然后假如碰到停滞物会反射返来，吸收管子收到光芒后引发电阻变革，检验其电阻变革就能够判定是不是有停滞物了。然则这类方式轻易受到光噪声的滋扰。所以间隔比拟近，一样平常只会到达2-3cm。本人在屡次角逐中，颠末查资料和研讨，提出了一种利用尺度高频旌旗灯号38KHZ的红外线开展停滞的探测的电路。由于利用高频旌旗灯号和高频运放，有了必定的抗滋扰才能，与此同时探测的间隔的最大提高到8cm。首先，经由过程555发射红外线。接着，旌旗灯号经由过程红外吸收管后颠末隔直电容，送入高频运放LM318N，如图4。然后，颠末50倍的放大。如图5和图6。

图 1 555发射电路

图 2 频次辨认电路

图 3 检验放大电路

　　LM567是锁相环电路， 8脚双列直插封装。第5、6脚外接的电阻和电容决意了内部压控振荡器的中间频次。1、2脚平常辨别经过一个电容器接地，发生输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。2脚接的电容决意锁相环路的捕获带宽：电容值越大，环路带宽越窄。压控振荡器的中间频次和滤波带宽可由式子3和式子4决意。

　 (3)

　　(4) (此中Vi为输入电压)

　　然后是电子罗盘模块。CMPS03 电子罗盘是平面角度传感器。经由过程检验当前传感器取地球磁场直接的角度，电子罗盘能够获得分辨率为0.1度的绝对扭转角度。这个电子罗盘模块是专门为机器人而制作，目标为了为机器人供应适合的标的目的导航旌旗灯号。关于任何标的目的，皆能够生成当世无双的编码。该传感器利用PHILIPS的KMZ51地磁场感到芯片，其精度很高。有两种输出体例，第一种：I2C体例，由Pin2(SCL)和Pin3(SDA)输出。Pin7和Pin5必需悬空。Pin6用来举行校订。这一些管脚皆收到主板上，由于模块是5V供电，而DSP是3.3V所以还需要用74LVC245举行电平转换。经由过程2812的GPIOB经由过程Pin6对体系举行校订。校订只需要做一次，由于数据会保存在电子罗盘中的PIC单片机的EEPROM。第6脚有一个上拉电阻。举行校订只需要经由过程GPIO为Pin6一个背相脉冲，并且由于有上拉电阻，所以，此管脚取体系断开也是能够的。

　　末了是体系的驱动模块的设计。接纳L298芯片。L298是SGS公司的产物，对照普遍的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部一样包罗4通道逻辑驱动电路。L298内含的功率输出器件设计制造正在一块石英基片上，因为制造工艺的同一性，因此具有分立元件组合电路不行对比的性能参数一致性，事情稳固。15脚是输出电流反应引脚，其它与L293不异。正在平常运用中这两个引脚还能够直接接地。它是高电压的，高电流的双全桥驱动芯片。能够直接接受尺度的TTL逻辑电平。能够驱动各类负载如机电，继电器等。有两个使能输入，经由过程它操纵PWM波的有效性。L298集成有两个能量输出块A，B。别的，我们设计的板子上加有续流二极管。

　　2.3 驱动程序设计

　　根据编写InitSysCtrl()函数，对看门狗节制寄存器WDCR举行设置，其WDFLAG位是看门狗复位状况位。若是该位置位表现一个看门狗复位。向WDDIS位写1会使看门狗模块无效。写0对看门狗使能。而关于WDPS位主如果决意看门狗计数器的时钟速率。因为法式中包含有很多轮回，所以关于看门狗的设置要特别注意。然后根据设置PLLCR对体系锁相环举行设置。这时候要注意，法式需求插手，5000次轮回守候锁相稳固。这一点正在2407里并非须要的，而针对2812体系要注意这点。然后根据HISPCP和LOSPCP来对高速和低速外设来举行婚配。因为正在法式中使用了停止，所以需求对外设停止扩大PIE举行设置。标的目的传感器根据捕捉单位和DSP中心举行毗连。一次脉冲的捕捉需求两次停止，根据节制和读取FIFO寄存器来掏出标的目的的信息的脉冲编码。别的，红外躲障模块根据74LV245模块，转换电平后，和停止管脚举行毗连。所以要对停止函数举行编程。和RFID传感器通讯是根据2812的双线异步串口。SCI模块支撑CPU取采纳非返回至0（non-return-to-zero）(NRZ)尺度花样的异步外围设备之间的数字通信。2812的 SCI接收器有一个16级深度的FIFO，如许能够降低空头的办事。法式根据分辨TxRDY位来分辨有无RFID停止。如许，能够立即的发明机器人是不是到了一个新的位置。然后读取SCIRXBUF。最终，根据EV单位设置PWM 脉冲，进而节制机器人的走向。

　　3 结论和实现后的体系

　　最终，正在联华超市四周调试全部体系。颠末频频调试，和对顺序的点窜，实现了对射频途径点的导航。终极体系运转状况如图6所示：

图4 机械人在超市的现实运转