足球机器人小车的电机控制装置制造方法及图纸

足球机器人小车的电机控制装置。本发明专利技术选择ＤＳＰ作为小车子系统电机控制的主芯片，同时为减少核心控制器的负担，使用ＣＰＬＤ对双电机反馈脉冲鉴相、四倍频和计数，使核心控制器主要用于高级控制算法的研究。本发明专利技术的控制装置包括电源单元、通信单元、电机驱动单元、核心控制器单元、速度检测单元五个部分。采用本发明专利技术制备的足球机器人小车子系统，在很复杂的控制中，采样周期也可以取得很小，控制效果接近连续控制，运行中系统响应速度快、超调量小、稳定性高，也不需要使用扩展的程序存储器，便于控制器功能的扩展。

【技术实现步骤摘要】
足球机器人小车的电机控制装置
本专利技术属于一种电机控制装置，特别是一种足球机器人小车电机的控制装置。
技术介绍
足球机器人是一个由很多部分组成的复杂系统，一般可分为视觉子系统、决策子系统、通信子系统、小车子系统四个部分。系统通过视觉子系统采集场地信息，信息传送到计算机后，通过决策子系统根据场上的形式做出决策，决策再通过通信子系统把命令传送给小车子系统，小车根据决策子系统给定的左右轮速度运动。机器人小车子系统作为系统的执行机构，体现出整个系统的优劣，是系统的一个重要组成部分。小车子系统CPU的选择直接影响小车的性能，所以其选型对整个系统都至关重要。目前国内外足球机器人选用的CPU主要有以下3种：89C51或89C52、80C196KC、80C296SA。低档次的CPU，如89C51的优点是成本较低，开发难度小，但芯片速度较慢，并且没有硬件可生成的PWM波；性价比适中的选择是80C196KC单片机，它带有PWM单元和看门狗监视定时器；现在国际上用得最多的，并且已经产品化的MiroSot系列足球机器人小车是由韩国Yujin公司生产的，它是采用32位的80C296SA处理器，这种芯片是Intel继80C196系列嵌入式控制器的后续产品，处理速度更快，并且带有数字信号处理的硬件结构，国内部分足球机器人的小车子系统是从Yujin公司购买的。但80C196KC和80C296SA都需要使用扩展的程序存储器。足球机器人比赛要求小车的尺寸为7.5cm×7.5cm×7.5cm以内，使用扩展的程序存储器占用了控制器电路板的面积，使电路更加复杂，不便于控制器功能的扩展。专利技术内容本专利技术的目的是提供一种能使小车子系统电机快速响应的控制装置，缩短电机的控制周期，使电机能够快速、稳定的达到系统给定的速度，尽量减少核心控制芯片的外围电路，以便于控制器的功能扩展。为实现这样的目的，本专利技术选择DSP作为小车子系统电机控制的主芯片，同时为减少核心控制器的负担，使用一块CPLD(EPM7128S)对双电机反馈脉-->冲鉴相、四倍频和计数，使核心控制器主要用于高级控制算法的研究。本专利技术的控制装置包括电源单元、通信单元、电机驱动单元、核心控制器单元、速度检测单元五个部分，其中电源单元为电路板上其它部分提供电源；通信单元用于接收无线传输的信号，并把接收到的信号送到核心控制单元；电机驱动单元是控制电机电压给定的开关，其占空比由核心控制器决定；核心控制器根据决策子系统的速度给定和当前小车子系统左右轮的速度，决定当前的速度给定，使小车子系统快速达到决策子系统的给定速度；速度检测单元检测小车子系统左右轮的速度大小和方向，四倍频后把记数值送到核心控制器。所述DSP具体为TI专为电机控制而生产的TMS320F240，这种芯片有快速的运算处理能力和丰富的用于电机控制的外设，其采用哈佛结构，流水线操作，指令周期为50ns，有单片机无法比拟的运算速度，即使在很复杂的控制中，采样周期也可以取得很小，使控制效果接近连续控制的效果，保证移动机器人实时地完成复杂的控制算法。TMS320F240带有16k的FlashROM，无需外部扩展程序存储器，可以硬件生成4路载波频率比为20KHZ的高分辨率的PWM波。所述CPLD为EPM7128S，是Altera公司生产的MAX7000系列器件，它是一种高性能的CMOSEEPROM器件。EPM7128S逻辑密度为2500门，有128个宏单元，有足够的资源来实现双电机反馈脉冲的鉴相、四倍频和计数；引脚到引脚的逻辑延迟为5.0ns，计数器工作频率达147.1MHZ，最慢的速度等级也有15ns，能够与20MIPS运行的TMS320F240实现无缝接口，免去用CPLD实现等待状态发生电路的麻烦，缩短了小车子系统的控制周期，并且TMS320F240能用16位数据线与EPM7128S联接，比与82C54用8位数据线联接速度更快。采用本专利技术制备的足球机器人小车子系统，在很复杂的控制中，采样周期也可以取得很小，控制效果接近连续控制，运行中系统响应速度快、超调量小、稳定性高，也不需要使用扩展的程序存储器，便于控制器功能的扩展。附图说明图1为本专利技术小车子系统控制装置方框图；图2为本专利技术小车子系统电源单元电路原理图；图3为本专利技术小车子系统通信单元电路原理图；-->图4为本专利技术小车子系统的核心控制器单元和速度检测单元部分电路原理示意图；图5为本专利技术小车子系统的电机控制单元的电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。1.如图1所示，本专利技术用DSP芯片-TMS320F240作为小车子系统电机控制的主芯片，组成核心控制器单元，用CPLD-EPM7128S作为电机光电编码盘反馈脉冲的记数芯片。速度检测单元和通信单元、电源单元、电机驱动单元一起组成小车子系统的控制装置。电源单元为小车子系统提供电源，主要芯片是LM7805；通信单元用于接收无线传输的信号，并把接收到的信号送到核心控制单元，主要芯片为RF模块(BIM-418-F或BIM-433-F)；电机驱动单元控制电机电压给定的开关，其占空比由核心控制器决定；核心控制器部分的主要芯片是TMS320F240，它根据决策子系统的速度给定和目前小车子系统左右轮的速度，决定当前的速度给定，使小车子系统快速达到决策子系统的给定速度；速度检测单元核心芯片是MAX7128S，主要用来检测小车子系统左右轮的速度以及其方向，并把四倍频后的记数值送到核心控制器。所述电源单元如图2，电池组1为8.4V的Ni-MH电池组，是小车子系统的电源。当拨码开关2拨到位置4时，电池组处于工作状态，通过LM7805将电压调节到5伏，为电路板上各芯片提供工作电压及逻辑电平。当拨码开关2拨到位置3时，电池组处于充电状态，可以为电池充电。去耦电容5、6、7用来消除高频噪声。小车子系统的无线接收是通过图3中的RF模块完成的，模块的RX select引脚接低电平，TX select引脚接高电平表示此模块用作接收模块。信号通过天线8进入RF模块，经过非门被送到核心控制芯片TMS320F240。拨码开关10用来选择接收到的信号经过非门的个数，保证接收到的信号经过非门的个数与发送端信号经过非门的个数相同，当拨码开关拨到位置11时，表示接收端使用的RF模块的载波频率为418MHZ，当拨码开关拨到位置12时表示接收端的RF模块的载波频率为433MHZ。非门还可以用来提高无线信号发送的功率，降低误码率。核心控制芯片TMS320F240通过SCIRXD/IO引脚9接收到信号后，根据无线接收到的决策系统给定的小车左右轮速度值和当前小车左右轮的速度值，通过控制算法得到当前小车左右轮应给定的速度值，并-->把其转化为PWM波，经过TMS320F240的PWM1/CAP1、PWM2/CAP2、PWM3/CAP3、PWM4/CAP4引脚，分别送到图5中L298的IN1、IN2、IN3、IN4四个引脚。L298根据PWM波的波形，控制引脚OUT1、OUT2、OUT3、OUT4四个输出电压的占空比，把OUT1、OUT2及OUT3、OUT4组成的两组输出电压，通过两组二极管D1、D2、D3、D4和D5、D6、D7、D8组成的桥电路分别加到左右轮电机上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
足球机器人小车的电机控制装置，其特征在于：选择ＤＳＰ作为小车子系统电机控制的主芯片，使用ＣＰＬＤ对双电机反馈脉冲鉴相、四倍频和计数，使核心控制器主要用于高级控制算法的研究，主要包括电源单元、通信单元、电机驱动单元、核心控制器单元、速度检测单元五个部分，其中电源单元为电路板上其它部分提供电源；通信单元用于接收无线传输的信号，并把接收到的信号送到核心控制单元；电机驱动单元是控制电机电压给定的开关，其占空比由核心控制器决定；核心控制器根据决策子系统的速度给定和当前小车子系统左右轮的速度，决定当前的速度给定，使小车子系统快速达到决策子系统的给定速度；速度检测单元检测小车子系统左右轮的速度大小和方向，四倍频后把记数值送到核心控制器。

【技术特征摘要】
1.足球机器人小车的电机控制装置，其特征在于：选择DSP作为小车子系统电机控制的主芯片，使用CPLD对双电机反馈脉冲鉴相、四倍频和计数，使核心控制器主要用于高级控制算法的研究，主要包括电源单元、通信单元、电机驱动单元、核心控制器单元、速度检测单元五个部分，其中电源单元为电路板上其它部分提供电源；通信单元用于接收无线传输的信号，并把接收到的信号送到核心控制单元；电机驱动单...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴敏，曹卫华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]