1 导言
轮式移动机器人是机器人研讨范畴的一项重要内容，它集机械、电子、检测技能与智能操控于一体，是一个典型的智能操控体系。智能机器人竞赛集高科技、文娱、竞技于一体，已成为国际上广泛开展的高技能对立活动。现以ARM7处理器为操控中心，选用无线通讯技能，并移植嵌入式实时操作体系μC/0S一Ⅱ规划了一套智能机器人操控体系。
2 硬件规划
依据竞技机器人的功用要求进行总体规划，将各个功用进行模块化，其操控体系硬件框图如图1所示。中央处理器选用微操控器结构，用以操控外围设备和谐运转。舵机操控机器人的运动方向；驱动电机电动机选用输出轴配有光电编码器的小型直流电机驱动车轮旋转。电磁铁作为机械手夹紧的履行元件。设置了两路超声波传感器、8路光电检测输入和8路开关量检测接口。整个机器人的运转状况和运转参数经过LCD动态显现。
2.1 微操控器的选型
机器人要完成的动作和功用较多，需求多个传感器对外界进行检测，并实时操控机器人的方位、动作和运转状况。体系中的一切使命终究都挂在实时操作体系μC／0S一Ⅱ上运转，因而不只要考虑微操控器的内部资源，还要看其可移植性和可扩展性。LPC2129是Philips公司出产的一款32位ARM7TDMI—S微处理器，嵌入256 KB高速Flash存储器，它选用3级流水线技能，一起进行取指、译码和履行，并且能够并行处理指令，进步CPU的运转速度。因为它的尺度十分小，功耗极低，抗干扰能力强，适用于各种工业操控。2个32位守时计数器、6路PWM输出和47个通用I／0口，所以特别适用于对环境要求较低的工业操控和小型智能机器人体系。因而选用LPC2129为主操控器，能够获得规划结构简略、功用安稳的智能机器人操控体系。
2.2 无线通讯接口规划
体系选用迅通公司出产的PTR2000无线通讯数据收发模块。电路接口如图2所示。该模块依据NORDIC公司出产的射频器材nRF401开发，其特点是：①有两个频道可供挑选，作业速率高达20 Kb／s；②接纳发射合一，合适双工和单工通讯，因而通讯办法比较灵敏；③体积小，所需外围元件少，接口电路简略，因而特别合适机器人小型化要求；④可直接接单片机串口模块，操控简略；⑤抗干扰能力强；⑥功耗小，通讯安稳。
2.3 光电检测模块规划
2.3.1 光电检测进程
规划光电检测模块，使机器人能够检测地上上的白色引导线。光电检测电路首要包含发射部分和接纳部分，其原理如图3所示。发射部分的波形调制选用了频率调制办法。因为发光二极管的呼应速度快，其作业频率可达几兆赫兹或十几兆赫兹，而检测体系的调制频率在几十至几百千赫兹规模之内，因而能够满足要求。光源驱动首要担任将调制波形扩大到满足的功率去驱动光源发光。光源选用红外发光二极管，作业频率较高，合适波形为方波的调制光发射。
接纳部分选用光敏二极管接纳调制光线，将光信号转变为电信号。这种电信号一般较弱小，需进行滤波和扩大后才干进行处理。调制信号的扩大选用沟通扩大方法，能够将调制光信号与布景光信号别离开来，为信号处理提供方便。调制信号处理部分对扩大后的信号进行辨认，判别被检测目标的特性。因而，该模块的实质是将“沟通”的、有用的调制光信号从“直流”的、无用的布景光信号中别离出来，然后到达抗干扰的意图。
2.3.2 光电探头
在机器人底盘前部装置有光电探头，共设置了5个检测点，其结构如图4所示。
从理论上讲，检测点越多，越密，辨认的准确性与可靠性越高。可是硬件的开支与软件的杂乱程度也相应添加。选用该寻线体系确保了检测的精确度，也节省了硬件的开支。发光二极管宣布的调制光经地上反射到光敏二极管。光敏二极管发生的光电流随反射光的强弱线性改变。检测出这种改变，即可判别某一个检测点是否在白色引导线的上方，然后判别机器人和白色引导线的相对方位。
2.4 超声波测距传感器规划与完成
两路超声波传感器用以操控机器人避开障碍物，并猜测机器人相对意图地间隔，起导航效果，其接纳部分与微操控器的捕获和守时管脚相连接。整个超声波检测体系由超声波发射、超声波接纳和单片机操控等部分组成。发射部分由高频振荡器、功率扩大器及超声波换能器组成。经功率扩大器扩大后，经过超声波换能器发射超声波。
图5给出由数字集成电路构成的超声波振荡电路，振荡器发生的高频电压信号经过电容C2隔除掉了信号中的直流量并给超声波换能器MA40S2S。其作业进程：U1A和UlB发生与超声波频率相对应的高频电压信号，该信号经过反向器U1C变为规范方波信号，再经功率扩大，C2隔除直流信号后加在超声波换能器MA40S2S进行超声波发射。假如超声波换能器长期加直流电压，会使其特性显着变差，因而一般对沟通电压进行隔除直流处理。U2A为74ALS00与非门，control_port（操控端口）引脚为操控口，当control_port为高电平时，超声波换能器发射超声波信号。
图6示出为超声波接纳电路。超声波接纳换能器选用MA40S2R，对换能器接纳到的信号选用集成运算扩大器LM324进行信号扩大，经过三级扩大后，经过电压比较器LM339将正弦信号转换为TTL脉冲信号。INT_Port与单片机中止管脚相连，当接纳到中止信号后，单片机当即进入中止并对超声波信号进行处理和判别。
3 实时操作体系μC／OS—II的移植
μC／OS—II是一个嵌入式实时操作体系内核，包含了使命调度、使命办理、时间办理、内存办理和使命间的通讯与同步等基本功用。μC／OS—II进行使命调度时，会把当时使命的CPU寄存器存放到该使命仓库中，然后再从另一个使命仓库中康复本来的作业寄存器，持续运转另一个使命。
依据各个操控功用和微操控器的资源结构对使命进行区分，共区分为7个使用使命，其区分进程如图7所示。无线串行通讯选用中止接纳办法，确保数据接纳的实时性。
μC/OS一Ⅱ使命的树立包含界说使命仓库、设定使命优先级、初始化该使命要求的体系硬件及完成详细的操控进程等4部分。现以使命1为例，介绍使用使命的树立进程。
在嵌入式实时操作体系环境下开发实时使用程序，可使程序的规划和扩展变得简单，并且无需大的改动即可添加新的功用。经过将使用程序分割成若干独立的使命模块，可大大简化使用程序的规划进程；并且能快速、可靠地对实时性要求严苛的事情。经过有用的体系服务、嵌入式实时操作体系，能使体系资源得到更好的使用。
4 调试运转
在机器人操控体系起动时，μC／OS一Ⅱ对仓库空间、各个操控寄存器和外设器材的硬件进行初始化，并设定当时各个功用部件的初始状况。
在实时机器人体系下，机器人正常发动后，体系实时监督机器人在竞赛场上的运转状况，若呈现某一动作或功用无效则给出犯错信息。正常运转时实时显现机器人在竞赛场上的坐标值和动作状况，如图8所示。
5 结语
依据智能机器人的操控要求，规划了依据无线通讯的嵌入式机器人操控体系。在软件规划上移植了嵌人式实时操作体系μC／OS一Ⅱ。使用光电检测模块和超声波导航模块感知外部信息，完成了对智能机器人的操控。
