基于ARM处理器的吸尘机器人硬件设计
2020-01-31 15:34:55 点击：
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2 硬件主体设计
硬件系统主要由ARM Cortex-M3处理器、传感器模块、电机驱动模块、人机交互模块、无线遥控发射模块组成。
2.1 ARM Cortex-M3处理
机器人控制系统的主要任务是根据传感器和编码器等反馈回来的数据，进行清扫路径规划，控制清扫、吸尘机构，完成各种控制动作。设计合适的人机接口，在 LCD上显示机器人状态和运行时间。因此，机器人控制系统包括传感器模块，电机驱动模块，红外遥控接收模块、LED 指示灯和液晶显示模块。采用ARM Cortex-M3处理器作为机器人控制系统的核心，主要是低成本、小管脚数和低功耗，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力，工作电流仅为50 mA.
2.2 电机模块
分成小电机驱动电路和两路大功率驱动板，包括用于行走的两个小直流电机和用于吸尘的大功率无刷直流电机、扫地的直流滚刷电机、扫边角的直流边刷电机。因为电机分别决定机器人的行走路径和吸尘功率，所以设计了专门的驱动板，如图2所示。行走模块的设计对吸尘机器人避障规划有着至关重要的作用，我们将吸尘机器人设计成一个闭环控制，主要包括驱动电路和光电编码反馈电路。光电编码反馈电路通过计算反馈回来的脉冲数量和相位而得到当前的电机速度。芯片最高可以驱动25 V 的电机，吸尘机器人里行走电机的工作电压为24 V，芯片的电压为5 V，芯片输出的PWM 波转化成大电压PWM波控制电机。其极限参数如表1所示。
2.3 传感器模块
主要包括3部分：用于测量和感知障碍物的超声模块、红外和碰撞传感器，用于状态检测的传感器(检测电池电量、尘桶、电机堵转悬空)。传感器模块使机器人对周围环境做出正确判断，为顺利完成任务提供智能决策。