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ARM全自動(dòng)機(jī)械控制的模塊設(shè)計(jì)論文
摘要：本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)機(jī)械控制模塊采用了實(shí)時(shí)采集傳感器信號(hào)分析及智能分析外部環(huán)境、路徑信息、自動(dòng)方向控制及速度調(diào)節(jié)等技術(shù)�？刂颇K具有實(shí)時(shí)畫面?zhèn)鬏斈芰Γ藱C(jī)交互能力，道路識(shí)別能力，能與GPS導(dǎo)航實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，能自動(dòng)識(shí)別道路，并可以根據(jù)路面情況實(shí)時(shí)調(diào)整行走速度和角度。
關(guān)鍵詞：模塊設(shè)計(jì);ARM;自動(dòng)控制
農(nóng)用機(jī)常用于我們的家庭、農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)。農(nóng)用機(jī)為我們的生活帶來(lái)了很多便利。然而很多家庭使用的機(jī)械都是簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)全依靠人來(lái)操，在現(xiàn)有的農(nóng)用機(jī)械當(dāng)中，不管多么小型或者大型甚至價(jià)格昂貴的機(jī)器，都沒(méi)有一套自動(dòng)控制的裝置，這樣雖然節(jié)省了大量人力但是也需要人來(lái)操作，機(jī)械化的應(yīng)用越來(lái)越普遍，同時(shí)需要的人力也就越多。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種全自動(dòng)機(jī)械控制模塊，并能根據(jù)使用者的命令及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信號(hào)采集，自主控制機(jī)械和給使用者提示。給人們的生活帶來(lái)便利，保證了使用者的最大利益。
1系統(tǒng)簡(jiǎn)介
本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)機(jī)械控制系統(tǒng)包括：主機(jī)處理單元、電源電路單元、傳感器單元、照明單元、尋跡導(dǎo)航單元、驅(qū)動(dòng)單元、執(zhí)行單元、實(shí)時(shí)圖像傳輸單元和人機(jī)交互單元、報(bào)警單元以及液晶顯示單元。其特征在于：所述的主機(jī)處理單元經(jīng)由電源電路單元給主機(jī)處理單元供電，所述的主機(jī)處理單元的信號(hào)輸出端與顯示、報(bào)警單元和驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行以及實(shí)時(shí)圖像回傳單元連接，所述的主機(jī)處理單元將檢測(cè)到所有信號(hào)進(jìn)行識(shí)別處理，所述的傳感器單元和尋跡導(dǎo)航單元連接到主機(jī)處理單元。其中人機(jī)交互模塊完成如下功能：通過(guò)主控模塊接收從GPS上發(fā)來(lái)的路徑、里程等信息，經(jīng)微處理器處理后利用串口發(fā)送到顯示屏上進(jìn)行顯示。當(dāng)我們需要進(jìn)行操作時(shí)可以在手機(jī)上面規(guī)劃一下目的地，通過(guò)手機(jī)啟動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)器的所有操作。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
針對(duì)系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)、傳輸?shù)汝P(guān)鍵模塊進(jìn)行方案對(duì)比論證。
2.1電機(jī)的選擇與論證
方案1：采用直流減速電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便，很容易實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速且調(diào)速范圍寬、低速性能好。方案2：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)對(duì)距離和轉(zhuǎn)向定位精確，但輸出力矩較低且轉(zhuǎn)速較高時(shí)會(huì)急劇下降。綜合考慮農(nóng)機(jī)對(duì)負(fù)載、速度、運(yùn)動(dòng)精度等方面的要求，選定直流減速電機(jī)。
2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇與論證
方案1：采用繼電器對(duì)電機(jī)的開和關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開關(guān)的切換對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易；缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)速度慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短。方案2：采用H型脈沖寬度調(diào)制（PWM）全橋式驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)PWM脈寬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度的控制。調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，可以實(shí)現(xiàn)頻繁的快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。H型全橋式電路降低了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向控制的復(fù)雜性。方案3：采用DSP芯片，配以電機(jī)控制所需要的外圍功能電路，通過(guò)數(shù)控電壓源調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)控制物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。該方案優(yōu)點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、使用便捷、可靠性提高。但系統(tǒng)軟硬件復(fù)雜、成本高。通過(guò)綜合比較分析，方案2可以較好的滿足設(shè)計(jì)的需求。
2.3電源的選擇
方案1：鋰離子電池循環(huán)使用壽命長(zhǎng)達(dá)2000次，比能量高150Wh/kg，充電時(shí)間短2～4h，充放電電能轉(zhuǎn)換效率可大于97%，體積小、重量輕，但價(jià)格較高。方案2：鉛酸蓄電池循環(huán)使用壽命長(zhǎng)達(dá)900次，比能量低40Wh/kg，充電時(shí)間一般在8h以上，充放電電能量轉(zhuǎn)換效率約為80%左右，體積大、重量重，續(xù)航時(shí)間短，但價(jià)格較低。綜合考慮，選擇方案1配合太陽(yáng)充電器作為控制電路及其他電路的能源。
2.4實(shí)時(shí)畫面?zhèn)鬏斈K的選擇
采用3G無(wú)線車載視頻系統(tǒng)運(yùn)行中的車輛安裝3G無(wú)線車載網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，外接4個(gè)攝像頭，車載攝像機(jī)通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò)對(duì)車的圖像進(jìn)行回傳至監(jiān)控中心完成實(shí)時(shí)監(jiān)控。
3硬件設(shè)計(jì)
控制器模塊采用ST公司的一片ARM芯STR710FZT6，電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用專用芯片L298N。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N由6個(gè)I/O口經(jīng)4個(gè)與門輸出的4路信號(hào)來(lái)控制兩電機(jī)，電路如圖1所示，其中I/O口P1.2與P1.7是定時(shí)器1和3的輸出端，用來(lái)產(chǎn)生PWM波；P2.2、P2.3、P2.4、P2.5是普通I/O口，用來(lái)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向。測(cè)速模塊主要由ST168芯片完成，每個(gè)輪上一個(gè)，每塊芯片僅需一個(gè)I/O口來(lái)記錄脈沖數(shù)。四個(gè)輪對(duì)應(yīng)的I/O口分別是P2.14、P2.15、P2.0、P2.1，其電路如圖2所示。超聲波模塊分為發(fā)射端與接收端，其中接收端的I/O口具有外部中斷功能。當(dāng)接收到信號(hào)，MCU就會(huì)觸發(fā)中斷，通過(guò)記錄時(shí)間間隔可以計(jì)算出距離障礙物的距離。
4結(jié)論
本文結(jié)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)及工作環(huán)境對(duì)控制模塊進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，在原有機(jī)械模塊的基礎(chǔ)上對(duì)控制方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)的自動(dòng)化程度提高，能更好地適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植的需要。
參考文獻(xiàn)
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