一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，包括中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、光電檢測電路、電機(jī)驅(qū)動檢測電路、舵機(jī)驅(qū)動檢測電路、開關(guān)量檢測電路，中央處理器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路，現(xiàn)場可編程門陣列電路連接電機(jī)驅(qū)動檢測電路，開關(guān)量檢測電路連接現(xiàn)場可編程門陣列電路，現(xiàn)場可編程門陣列電路連接舵機(jī)驅(qū)動檢測電路，光電檢測電路連接現(xiàn)場可編程門陣列電路；光電檢測電路內(nèi)設(shè)置有光敏元件接收器、反射鏡、光源、調(diào)制波形發(fā)生器、調(diào)制波形處理器及調(diào)制放大器,采用微控制器與現(xiàn)場可編程門陣列相結(jié)合的中心控制技術(shù)，提高整個系統(tǒng)的處理性能及處理效率，使得整個系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，并有效降低故障率。
【專利說明】
一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]智能控制(intelligentcontrols)在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動控制技術(shù)。控制理論發(fā)展至今已有100多年的歷史，經(jīng)歷了“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”的發(fā)展階段，已進(jìn)入“大系統(tǒng)理論”和“智能控制理論”階段。智能控制理論的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度上的拓展。20世紀(jì)80年代以來，信息技術(shù)、計算技術(shù)的快速發(fā)展及其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和相互滲透，也推動了控制科學(xué)與工程研究的不斷深入，控制系統(tǒng)向智能控制系統(tǒng)的發(fā)展已成為一種趨勢。
[0003]自動化(Automat1n)是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過程(生產(chǎn)、管理過程)在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過程。自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于設(shè)計出一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，滿足機(jī)器人自動控制所需，通過自動化技術(shù)、智能化控制技術(shù)、以及微處理器控制技術(shù)相結(jié)合而進(jìn)行系統(tǒng)控制，使得機(jī)器人在使用過程中能夠有效完成所設(shè)定工作流程，采用微控制器與現(xiàn)場可編程門陣列相結(jié)合的中心控制技術(shù)，提高整個系統(tǒng)的處理性能及處理效率，使得整個系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，并有效降低故障率。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，包括中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、光電檢測電路、電機(jī)驅(qū)動檢測電路、舵機(jī)驅(qū)動檢測電路、開關(guān)量檢測電路，所述中央處理器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接電機(jī)驅(qū)動檢測電路，所述開關(guān)量檢測電路連接現(xiàn)場可編程門陣列電路，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接舵機(jī)驅(qū)動檢測電路，所述光電檢測電路連接現(xiàn)場可編程門陣列電路;所述光電檢測電路內(nèi)設(shè)置有光敏元件接收器、反射鏡、光源、調(diào)制波形發(fā)生器、調(diào)制波形處理器及調(diào)制放大器，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接調(diào)制波形發(fā)生器，所述調(diào)制波形發(fā)生器連接光源，所述光源連接反射鏡，所述反射鏡連接光敏元件接收器，所述光敏元件接收器連接調(diào)制放大器，所述調(diào)制放大器連接調(diào)制波形處理器，所述調(diào)制波形處理器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路。
[0006]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述電機(jī)驅(qū)動檢測電路內(nèi)設(shè)置有編碼器、運(yùn)動控制器、PWM功放、直流伺服電機(jī)，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接編碼器，所述編碼器連接運(yùn)動控制器，所述運(yùn)動控制器連接PWM功放，所述PWM功放連接直流伺服電機(jī)，所述直流伺服電機(jī)連接編碼器。
[0007]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，還包括參數(shù)存儲器，所述參數(shù)存儲器連接中央處理器。
[0008]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，還包括電源電路，所述電源電路分別連接中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路。
[0009]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述電源電路包括太陽能電池板、控制器、供電電路，所述太陽能電池板連接控制器，所述控制器連接供電電路，所述供電電路分別連接中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路。
[0010]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述電源電路還包括蓄電池，所述蓄電池連接控制器。
[0011]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，還包括隨機(jī)存儲器，所述隨機(jī)存儲器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路。
[0012]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述隨機(jī)存儲器采用靜態(tài)隨機(jī)存儲器和/或動態(tài)隨機(jī)存儲器。
[0013]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述中央處理器采用TMS570LS1114微控制器。
[0014]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路主芯片采用CycloneIII。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
(I)本發(fā)明滿足機(jī)器人自動控制所需，通過自動化技術(shù)、智能化控制技術(shù)、以及微處理器控制技術(shù)相結(jié)合而進(jìn)行系統(tǒng)控制，使得機(jī)器人在使用過程中能夠有效完成所設(shè)定工作流程，采用微控制器與現(xiàn)場可編程門陣列相結(jié)合的中心控制技術(shù)，提高整個系統(tǒng)的處理性能及處理效率，使得整個系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，并有效降低故障率。
[0016](2)本發(fā)明所述隨機(jī)存儲器可進(jìn)一步通過現(xiàn)場可編程門陣列電路的處理性能，在運(yùn)行時，靜態(tài)存儲器作高速緩沖存儲器(Cache)使用，動態(tài)存儲器做主存儲器使用。
[0017](3)本發(fā)明所述光電檢測電路內(nèi)有效保證機(jī)器人在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動，而不會出現(xiàn)因超出運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行運(yùn)動產(chǎn)生事故的發(fā)生。
[0018](4)本發(fā)明采用太陽能供電，便于降低不可再生資源的損耗，并且能夠滿足惡劣天氣下依然正常工作。
[0019](5)本發(fā)明所述的蓄電池能夠滿足在光照度不夠使太陽能進(jìn)行發(fā)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進(jìn)行供電。
[0020](6)本發(fā)明采用HVM調(diào)制信號來完成電機(jī)及舵機(jī)的速度調(diào)制、方向調(diào)制，使其運(yùn)行更加穩(wěn)定安全。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明的電路原理圖；
圖2為本發(fā)明所述的電源電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)介紹，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0024]實(shí)施例1:
一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、光電檢測電路、電機(jī)驅(qū)動檢測電路、舵機(jī)驅(qū)動檢測電路、開關(guān)量檢測電路，所述中央處理器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接電機(jī)驅(qū)動檢測電路，所述開關(guān)量檢測電路連接現(xiàn)場可編程門陣列電路，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接舵機(jī)驅(qū)動檢測電路，所述光電檢測電路連接現(xiàn)場可編程門陣列電路;所述光電檢測電路內(nèi)設(shè)置有光敏元件接收器、反射鏡、光源、調(diào)制波形發(fā)生器、調(diào)制波形處理器及調(diào)制放大器，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接調(diào)制波形發(fā)生器，所述調(diào)制波形發(fā)生器連接光源，所述光源連接反射鏡，所述反射鏡連接光敏元件接收器，所述光敏元件接收器連接調(diào)制放大器，所述調(diào)制放大器連接調(diào)制波形處理器，所述調(diào)制波形處理器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路。
[0025]在運(yùn)行時，整個系統(tǒng)需要控制多個電動機(jī)和行程開關(guān)，并進(jìn)行光電檢測，為提高處理性能，加快處理速度，在中央處理器控制處理的基礎(chǔ)上外擴(kuò)現(xiàn)場可編程門陣列電路來進(jìn)行諸如光電檢測、電機(jī)驅(qū)動檢測、舵機(jī)驅(qū)動檢測、開關(guān)量檢測，以提高整個系統(tǒng)的處理性能。其中，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)電路，采用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block)、輸入輸出模塊1B(Input Output Block)和內(nèi)部連線(Interconnect)三個部分;現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動1/0，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到1/0模塊。FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與1/0間的聯(lián)接方式，并最終決定了 FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。
[0026]在信號處理過程中，為便于使機(jī)器人在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，特別設(shè)置有光電檢測電路，在運(yùn)行時，現(xiàn)場可編程門陣列電路將發(fā)出光電檢測指令至調(diào)制波形發(fā)生器內(nèi)，調(diào)制波形發(fā)生器的波形調(diào)制采用頻率調(diào)制方法，由于檢測系統(tǒng)的調(diào)制頻率在幾十至幾百kHz的范圍內(nèi)，為滿足要求，優(yōu)選考慮采用發(fā)光二級管(響應(yīng)速度快，其工作頻率可達(dá)幾MHz或十幾MHz)來完成調(diào)制波形的生成;光源內(nèi)設(shè)置有光源驅(qū)動及光源，光源驅(qū)動主要負(fù)責(zé)把調(diào)制波形放大到足夠的功率去驅(qū)動光源發(fā)光，而光源采用適合波形為方波的調(diào)制光的發(fā)射、且工作頻率較高的紅外發(fā)光二極管，利用紅外發(fā)光二級管將調(diào)制光進(jìn)行發(fā)射后，反射鏡將此調(diào)制光反射至光敏元件接收器上，光敏元件接收器采用光敏二極管接收調(diào)制光線，并將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺捎诖穗娦盘栞^弱，因此需進(jìn)一步進(jìn)行濾波及放大處理，故將光敏二極管轉(zhuǎn)換后的電信號首先加載至調(diào)制放大器內(nèi)進(jìn)行信號放大，此調(diào)制信號的放大采用交流放大的形式，還能使調(diào)制光信號與背景光信號分離，為信號處理提供方便。經(jīng)放大、分離處理后的調(diào)制光信號將利用調(diào)制波形處理器進(jìn)一步進(jìn)行濾波及信號識別處理，而后加載至現(xiàn)場可編程門陣列電路內(nèi)，以此為參考而調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)行區(qū)域，光電檢測電路其本質(zhì)是將“交流”的、有用的調(diào)制光信號從“直流”的、無用的背景光信號中分離出來，從而達(dá)到抗干擾的目的。
[0027]在運(yùn)行時，現(xiàn)場可編程門陣列電路所形成的控制舵機(jī)運(yùn)動的信號將加載至舵機(jī)驅(qū)動檢測電路內(nèi)完成諸如轉(zhuǎn)向等方向控制類的舵機(jī)控制，在控制時，舵機(jī)驅(qū)動檢測電路內(nèi)所生成的PWM的信號就能夠快速調(diào)節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的方向控制;開關(guān)量檢測電路用于完成電路系統(tǒng)運(yùn)行時的開關(guān)量數(shù)據(jù)檢測。
[0028]本發(fā)明滿足機(jī)器人自動控制所需，通過自動化技術(shù)、智能化控制技術(shù)、以及微處理器控制技術(shù)相結(jié)合而進(jìn)行系統(tǒng)控制，使得機(jī)器人在使用過程中能夠有效完成所設(shè)定工作流程，采用微控制器與現(xiàn)場可編程門陣列相結(jié)合的中心控制技術(shù)，提高整個系統(tǒng)的處理性能及處理效率，使得整個系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，并有效降低故障率。
[0029]實(shí)施例2:
本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，能利用PffM控制方式對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速與控制，如圖1所示，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):所述電機(jī)驅(qū)動檢測電路內(nèi)設(shè)置有編碼器、運(yùn)動控制器、PWM功放、直流伺服電機(jī)，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接編碼器，所述編碼器連接運(yùn)動控制器，所述運(yùn)動控制器連接PWM功放，所述PWM功放連接直流伺服電機(jī)，所述直流伺服電機(jī)連接編碼器。
[0030]為控制機(jī)器人的運(yùn)行軌跡及動作，現(xiàn)場可編程門陣列電路將機(jī)器人的運(yùn)行軌跡及動作數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后加載至電機(jī)驅(qū)動檢測電路、舵機(jī)驅(qū)動檢測電路及開關(guān)量檢測電路內(nèi)，機(jī)器人的驅(qū)動件主要是電機(jī)和舵機(jī)，皆采用PWM進(jìn)行調(diào)速與控制，根據(jù)編碼器(優(yōu)選脈沖編碼器)的反饋信號，對機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制，在控制時，編碼器對待控制動作信號進(jìn)行編碼，而后傳送至運(yùn)動控制器內(nèi)形成相應(yīng)的控制信號，并將PWM功放進(jìn)行信號放大后再控制直流伺服電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動。
[0031]實(shí)施例3:
本實(shí)施例是在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，為便于提高處理性能，并更多的存儲機(jī)器人運(yùn)行軌跡及動作，如圖1所示，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):還包括參數(shù)存儲器，所述參數(shù)存儲器連接中央處理器，在參數(shù)存儲器內(nèi)存儲有機(jī)器人運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)及動作數(shù)據(jù)，中央處理器將通過讀取此類數(shù)據(jù)后加載至現(xiàn)場可編程門陣列電路內(nèi)，用于控制機(jī)器人的運(yùn)行軌跡及動作。
[0032]實(shí)施例4:
本實(shí)施例是在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，能為整個系統(tǒng)提供可靠電源，使其工作，如圖1所示，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):還包括電源電路，所述電源電路分別連接中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路，電源電路為現(xiàn)場可編程門陣列電路及中央處理器提供工作電壓。
[0033]實(shí)施例5:
本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，便于降低不可再生資源的損耗，并且能夠滿足惡劣天氣下依然正常工作，如圖1、圖2所示，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):所述電源電路包括太陽能電池板、控制器、供電電路，所述太陽能電池板連接控制器，所述控制器連接供電電路，所述供電電路分別連接中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路。
[0034]太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，而后將通過控制器內(nèi)的穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，經(jīng)穩(wěn)壓后的直流電源將通過控制器內(nèi)的輸出電路輸送至供電電路內(nèi)，而后通過供電電路對中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路進(jìn)行供電，使其正常工作。
[0035]實(shí)施例6:
本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，能夠在光照度不夠使太陽能進(jìn)行發(fā)電或夜間時候依然滿足對整個系統(tǒng)進(jìn)行供電，如圖1、圖2所示，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):所述電源電路還包括蓄電池，所述蓄電池連接控制器。
[0036]在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池內(nèi)，而出現(xiàn)太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，蓄電池將進(jìn)行釋電，并通過控制器的輸出電路輸送至供電電路內(nèi)，對中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路進(jìn)行供電，使整個系統(tǒng)達(dá)到24小時全天候的工作。
[0037]實(shí)施例7:
本實(shí)施例是在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，提高現(xiàn)場可編程門陣列電路的處理性能，如圖1所示，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):還包括隨機(jī)存儲器，所述隨機(jī)存儲器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路。
[0038]實(shí)施例8:
本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述隨機(jī)存儲器采用靜態(tài)隨機(jī)存儲器和/或動態(tài)隨機(jī)存儲器，靜態(tài)存儲器(SRAM)的特點(diǎn)是工作速度快，只要電源不撤除，寫入SRAM的信息就不會消失，不需要刷新電路，同時在讀出時不破壞原來存放的信息，一經(jīng)寫入可多次讀出，但集成度較低，功耗較大，在本發(fā)明中作高速緩沖存儲器(Cache)使用。DRAM是動態(tài)隨機(jī)存儲器(Dynamic Random Access Memory)，它是利用場效應(yīng)管的柵極對其襯底間的分布電容來保存信息，以存儲電荷的多少，即電容端電壓的高低來表示“I”和“O”，在本發(fā)明中作為主存儲器使用。
[0039]實(shí)施例9:
本實(shí)施例是在實(shí)施例1或2或5或6或8的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述中央處理器采用TMS570LS1114微控制器。
[0040]TMS570LS1114器件是一款高性能汽車級安全系統(tǒng)微控制器系列。此安全架構(gòu)包括:以鎖步模式運(yùn)行的雙核CPU，CPU和存儲器內(nèi)置自檢(BIST)邏輯，閃存和數(shù)據(jù)SRAM上的ECC，外設(shè)存儲器的奇偶校驗(yàn)，外設(shè)I/O上的回路功能。
[0041 ] TMS570LS1114器件集成了ARM Cortex_R4F浮點(diǎn)CPU JbCPU 提供一個高效1.66DMIPS/MHz，并且具有能夠以高達(dá)180MHz運(yùn)行的配置，從而提供高達(dá)298DMIPS。此器件支持字不變大端序[BE32]格式。
[0042]TMS570LS1114器件具有IMB集成閃存和128KB數(shù)據(jù)RAM，此配置具有單個位糾錯和雙位糾錯功能。這個器件上的閃存存儲器是一個由64位寬數(shù)據(jù)總線接口實(shí)現(xiàn)的非易失性、電可擦除并且可編程的存儲器。為了實(shí)現(xiàn)所有讀取、編程和擦除操作，此閃存運(yùn)行在一個3.3V電源輸入上(與I/O電源一樣的電平)。當(dāng)處于管線模式中時，閃存可在高達(dá)180MHz的系統(tǒng)時鐘頻率下運(yùn)行。SRAM在整個支持的頻率范圍內(nèi)支持字節(jié)、半子、字和雙字模式的單周期讀取和寫入訪問。
[0043]TMS570LS1114器件特有針對基于實(shí)時控制的外設(shè)，其中包括2個下一代高端定時器(N2HET)時序協(xié)處理器，此協(xié)處理器具有多達(dá)44個I/O端子，7個支持多達(dá)14個輸出的增強(qiáng)型脈寬調(diào)制器(ePWM)模塊，6個增強(qiáng)型捕捉(eCAP)模塊，2個增強(qiáng)型正交編碼器脈沖(eQEP)模塊，以及2個支持多達(dá)24個輸入的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
[0044]N2HET1是一款高級智能定時器，此定時器能夠?yàn)閷?shí)時應(yīng)用提供精密的計時功能。該定時器為軟件控制型，采用一個精簡指令集，并具有一個專用的定時器微級機(jī)和一個連接的I/O端口。N2HET可被用于脈寬調(diào)制輸出、捕捉或者比較輸入，或者通用I/O J2HET特別適合于那些需要多種傳感器信息的應(yīng)用，以及那些要求具有復(fù)雜和準(zhǔn)確時間脈沖的驅(qū)動致動器的應(yīng)用。一個高端定時器傳輸單元(HTU)能夠執(zhí)行DMA類型處理來與主存儲器之間傳輸N2HET數(shù)據(jù)。一個內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)被內(nèi)置于HTU內(nèi)。
[0045]ePWM模塊能夠用最少的CPU開銷或干預(yù)來生成復(fù)雜脈寬波形。ePWM易于使用，并且支持高側(cè)和低側(cè)PWM和死區(qū)生成。借助于集成觸發(fā)區(qū)保護(hù)以及與片載MibADC的同步，ePWM模塊非常適合于數(shù)字電機(jī)控制應(yīng)用。
[0046]eCAP模塊在外部事件的精確定時捕捉十分重要的系統(tǒng)中是必不可少的。在不被用于捕捉應(yīng)用時，eCAP還可被用于監(jiān)視ePWM輸出或用于簡單的PffM生成。
[0047]eQEP模塊用于與一個線性或旋轉(zhuǎn)遞增編碼器進(jìn)行直接連接以從一個高性能運(yùn)動和位置控制系統(tǒng)中正在旋轉(zhuǎn)的機(jī)械中獲得位置、方向和速度信息。
[0048]此器件具有212位分辨率MibADC，每個MibADC總共具有24個通道和受64字奇偶校驗(yàn)保護(hù)的緩沖器RAM JibADC通道可被獨(dú)立轉(zhuǎn)換或者可針對順序轉(zhuǎn)換序列由軟件成組。16個輸入可在2個MibADC間共用。有三個獨(dú)立的組。每個組可在被觸發(fā)時被轉(zhuǎn)換一次，或者通過配置以執(zhí)行連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。MibADCl還支持外部模擬復(fù)用器的使用。
[0049]此器件有多個通信接口:3fMibSPI，2fSPI，lfLINlfSCI，3fDCANjPlfl2C。SPI為相似移位寄存器類型器件之間的高速通信提供了一種便捷方法。LIN支持本地互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)2.0并可被用作一個使用標(biāo)準(zhǔn)不歸零碼(NRZ)格式的全雙工模式UART。DCAN支持CAN 2.0(A和B)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)并使用一個串行、多主控通信協(xié)議，此協(xié)議用高達(dá)IMbps的穩(wěn)健耐用通信速率有效支持分布式實(shí)時控制。DCAN非常適合工作于嘈雜和惡劣環(huán)境中的系統(tǒng)(例如:汽車和工業(yè)領(lǐng)域)，此類應(yīng)用需要可靠的串行通信或多路復(fù)用布線。
[0050]I2C模塊是一個多主控通信模塊，此模塊通過I2C串行總線在微控制器和一個I2C兼容器件之間提供一個接口。此I2C支持10Kbps和400Kbps的速度。
[0051 ] 一個調(diào)頻鎖相環(huán)(FMPLL)時鐘模塊被用來將外部頻率基準(zhǔn)與一個內(nèi)部使用的更高頻率相乘。此全局時鐘模塊(GCM)管理可用時鐘源與器件時鐘域間的映射。
[0052 ]此器件還有一個外部時鐘前置分頻器(ECP)模塊，當(dāng)被啟用時，此模塊在ECLK端子上輸出一個連續(xù)外部時鐘。ECLK頻率是一個外設(shè)接口時鐘(VCLK)頻率的用戶可編程比例。這個可被外部監(jiān)視的低頻輸出作為此器件運(yùn)行頻率的指示器。
[0053]直接內(nèi)存訪問(DMA)控制器有16個通道，32個控制數(shù)據(jù)包和對其內(nèi)存的奇偶校驗(yàn)保護(hù)。MPU被內(nèi)置在DMA中，以保護(hù)內(nèi)存不受錯誤傳輸?shù)挠绊憽?br>[0054]錯誤信令模塊(ESM)監(jiān)控所有器件錯誤并在檢測到一個故障時確定是觸發(fā)一個中斷還是觸發(fā)一個外部錯誤引腳/球狀引腳?？蓮耐獠勘O(jiān)視的nERROR端子可作為一個微控制器中故障條件的指示器。
[0055]外部內(nèi)存接口(EMIF)提供到異步和同步內(nèi)存或者其它從器件的內(nèi)存擴(kuò)展。
[0056]—個參數(shù)覆蓋模塊(POM)被用來提高應(yīng)用代碼的校準(zhǔn)功能。POM能夠?qū)㈤W存訪問重新路由至內(nèi)部存儲器或EMIF，從而避免了閃存內(nèi)參數(shù)更新所需的重編程步驟。
[0057]實(shí)施例10:
本實(shí)施例是在實(shí)施例1或2或5或6或8的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路主芯片采用Cyclone III。
[0058]Cyclone III，低成本的Cyclone III FPGA是Altera Cyclone系列的第三代產(chǎn)品。Cyclone III FPGA系列前所未有地同時實(shí)現(xiàn)了低功耗、低成本和高性能，進(jìn)一步擴(kuò)展了FPGA在成本敏感大批量領(lǐng)域中的應(yīng)用。采用臺灣半導(dǎo)體生產(chǎn)公司(TSMC)的65-nm低功耗(LP)工藝技術(shù)。Cyclone III容量在5K至120K邏輯單元(LE)之間，最多534個用戶1/0引腳。Cyclone III器件具有4-Mbit嵌入式存儲器、288個嵌入式18*18乘法器、專用外部存儲器接口電路、鎖相環(huán)(PLL)以及高速差分1/0等。
[0059]本發(fā)明滿足機(jī)器人自動控制所需，通過自動化技術(shù)、智能化控制技術(shù)、以及微處理器控制技術(shù)相結(jié)合而進(jìn)行系統(tǒng)控制，使得機(jī)器人在使用過程中能夠有效完成所設(shè)定工作流程，采用微控制器與現(xiàn)場可編程門陣列相結(jié)合的中心控制技術(shù)，提高整個系統(tǒng)的處理性能及處理效率，使得整個系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，并有效降低故障率。
[0060]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:包括中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列電路、光電檢測電路、電機(jī)驅(qū)動檢測電路、舵機(jī)驅(qū)動檢測電路、開關(guān)量檢測電路，所述中央處理器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接電機(jī)驅(qū)動檢測電路，所述開關(guān)量檢測電路連接現(xiàn)場可編程門陣列電路，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接舵機(jī)驅(qū)動檢測電路，所述光電檢測電路連接現(xiàn)場可編程門陣列電路;所述光電檢測電路內(nèi)設(shè)置有光敏元件接收器、反射鏡、光源、調(diào)制波形發(fā)生器、調(diào)制波形處理器及調(diào)制放大器，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接調(diào)制波形發(fā)生器，所述調(diào)制波形發(fā)生器連接光源，所述光源連接反射鏡，所述反射鏡連接光敏元件接收器，所述光敏元件接收器連接調(diào)制放大器，所述調(diào)制放大器連接調(diào)制波形處理器，所述調(diào)制波形處理器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)驅(qū)動檢測電路內(nèi)設(shè)置有編碼器、運(yùn)動控制器、PWM功放、直流伺服電機(jī)，所述現(xiàn)場可編程門陣列電路連接編碼器，所述編碼器連接運(yùn)動控制器，所述運(yùn)動控制器連接PWM功放，所述PffM功放連接直流伺服電機(jī)，所述直流伺服電機(jī)連接編碼器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括參數(shù)存儲器，所述參數(shù)存儲器連接中央處理器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括電源電路，所述電源電路分別連接中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電源電路包括太陽能電池板、控制器、供電電路，所述太陽能電池板連接控制器，所述控制器連接供電電路，所述供電電路分別連接中央處理器及現(xiàn)場可編程門陣列電路。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電源電路還包括蓄電池，所述蓄電池連接控制器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括隨機(jī)存儲器，所述隨機(jī)存儲器連接現(xiàn)場可編程門陣列電路。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述隨機(jī)存儲器采用靜態(tài)隨機(jī)存儲器和/或動態(tài)隨機(jī)存儲器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述中央處理器采用TMS570LS1114微控制器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微處理器技術(shù)的機(jī)器人自動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場可編程門陣列電路主芯片采用Cyclone III。
【文檔編號】G05B19/042GK105892366SQ201610320427
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】楊定寬
【申請人】蘇州邁奇杰智能技術(shù)有限公司