ieee論文格式模板
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基于ATmega128的IEEE標準電腦鼠硬件設(shè)計與實現(xiàn)
[摘 要]本文介紹了一種基于ATmega128的符合“IEEE 標準電腦鼠走迷宮競賽”的行走機器人硬件設(shè)計與實現(xiàn)方法。文中對構(gòu)成該系統(tǒng)的各個硬件模塊做了詳細的介紹和說明,并對其相關(guān)選型的核心技術(shù)做了相關(guān)闡述。
[關(guān)鍵詞]電腦鼠;ATmega128 紅外傳感器 迷宮
中圖分類號:TP393.08 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)01-0276-01
引言
“IEEE標準電腦鼠走迷宮”競賽(IEEE Micromouse ComPetition),采用微控制器制作電腦鼠,設(shè)計相應(yīng)的算法和程序,按照IEEE國際競賽標準進行競賽[1]。該競賽在國際上已開展了30多年,不少高校還開設(shè)了相應(yīng)課程。它可以在“迷宮” 中自動感知并記憶迷宮地圖,通過一定的算法尋找一條最佳路徑,以最快的速度到達目的地。迷宮由256個方塊(單元)組成,每個方塊的大小為18cm*18cm,排成 16行16列。迷宮的隔墻板沿方塊的四周布設(shè),形成迷宮通道。隔墻板的兩個側(cè)面是白色的,頂部是紅色的[2]。競賽的目的是設(shè)計制作一個電腦鼠,并按IEEE標準迷宮設(shè)計電腦鼠行走最佳略算法程序。
1 硬件系統(tǒng)設(shè)計
1.1 系統(tǒng)概述
一般來說,一只電腦鼠需要具備下列 3 項基本能力:可以在未知的“迷宮”中獨立供電,自主導(dǎo)航;自動感知并準確記憶“迷宮”地圖;能通過計算,尋找最佳路徑,以最快的速度到達目的地。因此,本次設(shè)計的電腦鼠應(yīng)該要包含以下幾種模塊構(gòu)成,電腦鼠的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1.2 微控制器模塊
AVR單片機是由ATMEL公司研發(fā)出的增強型RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機,穩(wěn)定性極高。其中ATmega128是該系列中的的 8位系列單片機的最高配置的一款單片機,集成了非常豐富的片內(nèi)外設(shè)資源,利用自身資源不必增加外圍器件就可以實現(xiàn)控制所要求的功能,芯片的AD0-AD7外接LM629高精度運動控制芯片,ADC0~ADC6分別外接紅外檢測的接收模塊。
1.3 電源模塊
電腦鼠采用可充電式2-3節(jié)鋰電池供電,總電壓為8.4V或12V;因此需要相應(yīng)的DC降壓電路生成各模塊的工作電壓。微控制器供電:采用ST公司2.5A高效率的降壓芯片L5973D,輸入電壓8.4V或12V,輸出電壓5V,芯片能夠根據(jù)應(yīng)用情況的負載提供超過2A直流電流,設(shè)計采用數(shù)字接地。檢測模塊供電:采用微控制器同一的+5V電源,無需另外設(shè)計,采用模擬接地方式。電機模塊供電:包含了驅(qū)動芯片供電和電機供電,為獲取最大功率輸出,將系統(tǒng)電壓8.4V或12V直接接到驅(qū)動芯片即可;另外檢測速度的關(guān)電碼盤的電源共用+5V。
1.4 檢測模塊
檢測模塊采用紅外現(xiàn)檢測主要考慮的是:紅外檢測靈敏度較高,電路體積較小,易于實現(xiàn)。紅外線檢測電路是用于迷宮擋板的檢測,紅外線發(fā)射器發(fā)送的光線從迷宮擋板折射回接收器是,接收器把模擬信號通過Atmega128的內(nèi)置10位ADC,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并分析處理。
1.5 電機驅(qū)動電路
控制電機作為自動控制系統(tǒng)的重要元件,其性能好壞將直接影響到整個控制系統(tǒng)的工作性能[3]。此次設(shè)計的電腦鼠主要考慮直流電機具有輕巧、體形小、電子控制簡便及高速度的特點。因此選用德國空心杯的微型直流減速電機2224V009SR直流馬達,最大輸出轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘,工作電壓為12V。馬達驅(qū)動電路采用NS生產(chǎn)的高精準度移動控制器LM629(如圖2所示),并配合ST公司的電動機橋式驅(qū)動芯片L6207通過PWM方式控制直流馬達。
1.6 陀螺儀控制電路
使用陀螺儀控制電路的目的是精準的控制電腦鼠旋轉(zhuǎn)角度和加速度[4]。這里采用的MPU6050模塊,檢測精度較高。該模塊的角速度全格感測范圍為±500°/sec (dps),加速器全格感測范圍為±4g。本文通過使用I2C接口與單片機Atmega128進行通信來準確追蹤電腦鼠的加速和轉(zhuǎn)彎的角度。模塊通過中斷INT和SDA、SCL與Atmega128單片機的TWI接口進行連接。
2 硬件調(diào)試
硬件主要由紅外模塊、運動檢測、電機控制模塊等部分構(gòu)成。為了更好地進行系統(tǒng)調(diào)試,底層驅(qū)動部分采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計[5]。這里限于篇幅,只對該調(diào)試流程做一簡要概括。圖3為電腦鼠實物圖,電腦鼠尺寸僅為102mm*68mm,尺寸滿足就地旋轉(zhuǎn)360度的要求。
3 結(jié)語
詳細討論一種基于Atmega128的符合IEEE標準的電腦鼠的硬件實現(xiàn)。該電腦鼠體積較小,在迷宮中運行靈活。經(jīng)過調(diào)試后,并在國內(nèi)競賽中獲得較好的成績。當然,后期還可以進一步改進性能,例如增加閃光燈傳感器,提高其比賽對數(shù)碼相機的抗干擾性等。
參考文獻
[1] 周立功.IEEE 電腦鼠開發(fā)指南[M].廣州 :廣州致遠電子有限公司,2008.
[2] 洪亮.2006 IEEE 國際電工和電子工程學會電腦鼠走迷宮競賽規(guī)則[EB/OL]. [3] 姜海旭.基于ARMcortex-M3的迷宮電腦鼠設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安:西安科技大學,2012.
[4] 方金亮.基于 ARM 的 IEEE 標準電腦鼠研究與實現(xiàn)[J].機械制造與自動化,2008(, 5):99-101.
[5] 夏炎.基于ARM的電腦鼠系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京:南京工業(yè)大學,2010.
作者簡介:朱冠良(1983-),男,碩士,廣東省韶關(guān)市人,信息系統(tǒng)管理師(高級)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師,廣東嶺南職業(yè)技術(shù)學院電子信息工程學院教師,研究方向:嵌入式技術(shù)應(yīng)用。
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