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(多图) RFID导购机器人导航与控制系统的设计研究

2009年07月20日 ?? 收藏0

  1前言

  随着科学技术发展和人民生活水平提高,机器人已经开始进入了人们的生活中。这个时代的来临,出现了各种新型机器人,如清扫机器人、安防机器人。移动机器人的最重要的部分之一:导航系统,更加引起机器人领域的关注。机器人导航系统对许多机器人应用领域至关重要如:智能仓库,超市导购,家用机器人,自动化图书馆,智能医院等。比较普遍的是寻线机器人。作者在读研期间,多次参加这类机器人比赛和设计。实际设计中发现:因为受到固定线的限制,这种体系并不能实现真正意义上的全方位的自主运行。另外,这种方法受到光的影响很大,不能实际的应用与生活中。线在地表也会影响地面美观。在经过充分的文献查找和思考后提出了一种新的机器人导航系统,把RFID,地磁感应,DSP等技术融合。进行了实际的系统硬软件设计和稳定性测试。

  2 导航硬件系统

  我们开发的硬件系统主要由:DSP核心板,RFID板,系统主板,电子罗盘,驱动板构成。

  2.1? DSP核心板

  我们自行设计的DSP系统采用TMS320F2812为核心,2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片。核心采用高速的处理机,主要是考虑以后对于系统的二次开发。以及方便算法的移植。指令系统最高可在150MHZ主频下工作,并带有18k的0等待周期片上 SRAM和128k片上存取时间为36ns FLASH。其片上外设主要包括ADC、双SCI、SPI、McBSP、eCAN等,并带有事件管理模块(EVA、EVB),分别包括6路 PWM/CMP、2路QEP、3路CAP、2路16位定时器。其中的双SCI可以一路接传感器一路接PC及时输出调试信息。16位的PWM可以实现精细的调速。CAP等方便了与传感器的接口。最大输入为3V的16路、12位,转换时间为80ns的ADC可以同时接16路距离传感器。2812拥有16×16 位双乘法累加器,可以为处理射频和地磁方向信号提供足够的处理速度。由于2812核心电压(1.8V)和起振频率的特殊性,此核心板采用无源晶振。

  核心板采用TPS767D318双路输出低压降LDO。提供双电源,保证了核心电压1.8V的稳定供给。TPS767D318有高速的瞬态响应,专用于 DSP,最大可以提供1A的电流。可以实现对IO和核心的分时复位。有上电复位功能,低压保护功能,其复位延迟时间为200ms。有过热保护功能。最大功率计算可以用式1计算。

最大功率计算  ?(1)

  其中TJMAX是最大允许温度,根据经验一般TPS767D318为125度左右。TA是环境温度。RθJA是连接阻抗。对于28管脚通常为27.9°C/W。实际的功耗可由式2计算,其中VI和VO分别为输入输出电压,IO为输出电流。

实际的功耗  (2)

  在外围电压滤波方面采用多级坦电容(104和220uF)并联的方式。这样的设计可以产生低ESR的效果。根据经验,在频域,104能极大的滤除高频干扰,而220uF能够最佳程度的降低电压的低频干扰。

  2.2? 系统主板与传感模块

  关于电源,系统采用12V锂电池供电,采用三端正电压调节器调节电压。内部集成功率保护。输出电流可以达到1A。输入耐压可以到达30V。提供充电接口,通过开关进行控制,电路板上留有接口,可以对锂电池进行充电。

  定位装置采用射频技术(RFID)。RFID已经成为一个热门的技术。最近沃尔玛通过了一项"要求其前100家供应商在2005年1月之前向其配送中心发送货盘和包装箱时使用RFID技术,2006年后逐步在单件商品中使用这项技术"的决议。从信息传递的基本原理来说,射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递),在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。最基本的RFID系统由三部分组成:标签、阅读器、天线。按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1厘米)、近耦合卡(作用距离小于15厘米)、疏耦合卡 (作用距离约1米)和远距离卡(作用距离从1米到10米,甚至更远)。本系统采用近耦合卡。射频模块与2812的SCIA口进行通讯。通过对数据流进行解码,判断机器人的位置。


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RFID? 机器人? 导航? 地磁感应?

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