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电脑鼠控制系统作业原理及设计方案

电脑鼠控制系统工作原理及设计方案-电源调节器件通常使用线性稳压器件(如LM7805),具有输出电压可调、稳压精度高的优点,但是其线性调整工作方式在工作有较大的“热损耗”,导致电源利用率不高、满足不了便携低功耗需求。开关电源调节器,不同于线性稳压器件,以完全导通或关断的方式工作,通过控制开关管的导通与截止时间,有效的减少工作中的“热损耗”,提高了电源利用率。

1电脑鼠作业原理

电脑鼠周围装置六组红外传感器,别离感知左方、左前方、前方、右前方、右方,发射端发射必定频率的红外线,接纳端经过六个方向的反射波来判别是否有障碍物,实时地贮存单元格的材料,经过六组红外传感器反应的迷宫信息,操控电脑鼠完结避障、转弯、加快等动作,运用智能算法对迷宫的部分单元格或悉数单元格进行遍历,并将迷宫的信息以有用的数据结构存储,微操控器依据这些记载信息运用迷宫高效算法找到一条最优化途径,然后完结从起点到结尾的最大化冲刺。

2 硬件电路规划

为完结迷宫勘探和冲刺使命,电脑鼠需具有以下各功用模块:ARM微处理器作为操控中心和谐各功用模块正常作业;电机及驱动模块实时操控电机发动、制动;红外检测模块担任红外线勘探感知;电源为整个体系供电安稳电压,陀螺仪及指南针模块确认电脑鼠方位,依据走过的间隔,然后解分出地点坐标。硬件组成如图1所示。

电脑鼠操控体系作业原理及规划方案

2.1 电源模块

电源调理器材一般运用线性稳压器件(如LM7805),具有输出电压可调、稳压精度高的长处,可是其线性调整作业办法在作业有较大的“热损耗”,导致电源使用率不高、满意不了便携低功耗需求。开关电源调理器,不同于线性稳压器材,以彻底导通或关断的办法作业,经过操控开关管的导通与截止时刻,有用的削减作业中的“热损耗”,进步了电源使用率。本规划中电源模块为体系供应三种不同的电压,12V电源用于驱动电机,运用开关式电源LM2596将12V直流电压降到5V给红外模块、人机交互模块供电,再经过AMS1117将5V降到3.3V,供ARM处理器及其他模块运用。

2.2 微处理器模块

2.3 电机及驱动模块

为进步体系功率、下降功耗,驱动电路选用依据脉宽调制办法的集成电路芯片L298N。比较常见的是15脚Muliwart封装的L298N,内部包括四通道逻辑驱动电路,即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,能够驱动和操控两个直流电机,芯片选用供应电机电源和逻辑电平电源的双电源供电,可接受规范TTL逻辑电平信号,驱动46V,2A以下的电机,并可驱动电感性负载。其间ENA、ENB是操控使能端,IN1、IN 2、IN3、IN4是操控电平输入端,电路如图2所示。本规划中选用空心杯直流电机,它具有杰出的节能特性、活络便利的操控特性和安稳的运转特性,最大功率一般在70%以上,部分产品可到达90%以上;起动、制动敏捷,呼应极快;其分量、体积相对削减1/3-1/2,经过PWM调理脉冲占空比进行调速。

电脑鼠操控体系作业原理及规划方案

2.4 红外检测模块

红外检测模块首要担任迷宫环境监测和处理。红外线经调制后由发射管宣布,接纳管接纳迷宫墙面反射光,依据接纳反射信号强弱来判别与隔墙的间隔。本体系相对传统红外检测办法做如下特色:

(1)红外传感器由本来的5组添加到6组。除了正前、正左、正右以及正前方两个45度斜角外,正前方添加1组红外传感器,经过正前方两组传感器信息的交融完结路口45度斜走,相对于以往的90度直角调整,节省了时刻,进步了功率。

(2)选用依据双T选频网络的扩大器规划,红外传感器依据反射信号的强弱完结电脑鼠与障碍物之间的测距。以往运用的是一体化红外接纳传感器(如IRM8601S),其接纳头内部集成自动增益操控电路、带通滤波电路、解码电路及输出驱动电路,但因为检测信号输出的是数字信号,只能判别有或无障碍物,不能依据检测信号输出的强度核算间隔。本规划中选用依据双T选频网络和TLC084组成的选频扩大规划,完结频率不同增益不同,对有用信号进行扩大处理,滤除或按捺无用信号。

(3)发射三种频率调制波,削减信号之间的搅扰。6组传感器分为三组,正左和正右两组传感器担任检测电脑鼠是否走在中线上,以便及时做出姿态校对;左前方和右前方两组传感器首要查看前方是否有路口;前方两组传感器合作电机,协同作业完结45度转弯。红外光发射频率越高,传达间隔相对越远,在本规划中因为迷宫墙面之间间隔16.8cm(单元格18cm.墙面厚度1.2cm),而电脑鼠的宽度一般为10cm左右,车体距两头墙体的间隔只要3cm左右,所以正左方和正右方发射频率挑选为33kHz,左前方和右前方发射35kHz,正前方间隔最远,发射频率为38kHz。详细如图3所示。

电脑鼠操控体系作业原理及规划方案

本规划进行了硬件电路改善,由STM32定时器输出三路PWM信号,每两组红外发射管共用一路PWM信号,遇到障碍物后回来,红外接纳管进行信号收集,经过选频扩大器对有用信号进行扩大处理,送入STM32的12位逐次迫临型AD转化器。因为整流滤波有延时,所以此处选用沟通采样,ADC在最高速采样的时分需求1.5十12.5个ADC周期,在14M的ADC时钟下到达1MSPs的速度。红外测距电路如图4所示,当接纳管接纳到红外线,D2导通,而且反射越强,D2阻值越小,没有收到红外线时,D2阻值无穷大,相当于截止;R3和R4两个10K电阻供应2.5V的直流偏置。

电脑鼠操控体系作业原理及规划方案

3 软件体系规划

软件模块是体系的重要组成部分,电脑鼠经过红外检测获取周围信息,完结行进、转弯、冲刺、中止等根本动作,此外还要经过以获取信息完结最优途径的搜索并完结最终的冲刺。本规划才用模块化规划,经过主程序调用各个功用子程序,主程序流程图和中止流程图如图5(a)(b)所示。

电脑鼠操控体系作业原理及规划方案

4 实验验证及剖析

(1)红外传感器测距体系中运用依据选频网络的扩大规划,因为电阻电容选用国标,无法使中心频率刚好落在38kHz,双T选频网络中心频率f0=1/2πRC,挑选R/C=10k/430pF,f0=37kHz,用mulTIsim仿真出的幅频特性如图6所示,建立硬件实验电路,中心频率并未落在37kHz而是30kHz,减小RC值屡次实验,当R/C=9.1k/430pF,中心频率落在38kHz。

电脑鼠操控体系作业原理及规划方案

(2)迷宫墙面由空心的白色塑料做成,有很大一部分红外光发生透射,加之日光影响,因而如法给发射管套用黑色外管,削减外界搅扰;由ARM微处理器发生PWM信号送人红外发射管,接纳管接纳经过调制的红外信号;用三极管完结电平转化,调理电位器添加发射功率,使信号调整扩大到A/D转化的最佳量程范围内,取得希望的处理精度。经过实验屡次丈量,得到一组红外丈量间隔与输出电压的数据,以障碍物间隔S为横坐标,选频扩大后的电压值U为纵坐标,用matlab制作曲线,电压值与间隔联系式为U=0.1195+4.5962*S-1,如图7所示。

电脑鼠操控体系作业原理及规划方案

(4)使用STM32定时器功用,经过软件编程调制出需求的PWM信号,以此操控电机、发射红外,图8是TImer4的CH1通道输出频率为38kHz,占空比为30%的PWM信号。

5 结束语

本文规划了依据STM32F103RCT6的电脑鼠操控体系,在matlab、muhisim仿真基础上,确认了选频网络的RC参数,并经过实验得到间隔与电压值的联系图,表现了对称RC双T网络杰出的选频特性;电机及驱动模块选用功率高、呼应快的空心杯直流电机。经实验验证,该规划方案能够满意体系要求。

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