ARM全自動機械控制的模塊設計
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摘要：本文設計的全自動機械控制模塊采用了實時采集傳感器信號分析及智能分析外部環(huán)境、路徑信息、自動方向控制及速度調(diào)節(jié)等技術。控制模塊具有實時畫面?zhèn)鬏斈芰?，人機交互能力，道路識別能力，能與GPS導航實時交換數(shù)據(jù)，能自動識別道路，并可以根據(jù)路面情況實時調(diào)整行走速度和角度。
關鍵詞：模塊設計;arm;自動控制
農(nóng)用機常用于我們的家庭、農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)。農(nóng)用機為我們的生活帶來了很多便利。然而很多家庭使用的機械都是簡單的機械結構全依靠人來操，在現(xiàn)有的農(nóng)用機械當中，不管多么小型或者大型甚至價格昂貴的機器，都沒有一套自動控制的裝置，這樣雖然節(jié)省了大量人力但是也需要人來操作，機械化的應用越來越普遍，同時需要的人力也就越多。本實用新型設計的一種全自動機械控制模塊，并能根據(jù)使用者的命令及現(xiàn)場實時信號采集，自主控制機械和給使用者提示。給人們的生活帶來便利，保證了使用者的最大利益。
1系統(tǒng)簡介
本文設計的全自動機械控制系統(tǒng)包括：主機處理單元、電源電路單元、傳感器單元、照明單元、尋跡導航單元、驅動單元、執(zhí)行單元、實時圖像傳輸單元和人機交互單元、報警單元以及液晶顯示單元。其特征在于：所述的主機處理單元經(jīng)由電源電路單元給主機處理單元供電，所述的主機處理單元的信號輸出端與顯示、報警單元和驅動，執(zhí)行以及實時圖像回傳單元連接，所述的主機處理單元將檢測到所有信號進行識別處理，所述的傳感器單元和尋跡導航單元連接到主機處理單元。其中人機交互模塊完成如下功能：通過主控模塊接收從GPS上發(fā)來的路徑、里程等信息，經(jīng)微處理器處理后利用串口發(fā)送到顯示屏上進行顯示。當我們需要進行操作時可以在手機上面規(guī)劃一下目的地，通過手機啟動控制系統(tǒng)，進而控制機器的所有操作。
2系統(tǒng)設計方案
針對系統(tǒng)中驅動、傳輸?shù)汝P鍵模塊進行方案對比論證。
2.1電機的選擇與論證
方案1：采用直流減速電機作為該系統(tǒng)的驅動電機。直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便，很容易實現(xiàn)PWM調(diào)速且調(diào)速范圍寬、低速性能好。方案2：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅動電機。步進電機對距離和轉向定位精確，但輸出力矩較低且轉速較高時會急劇下降。綜合考慮農(nóng)機對負載、速度、運動精度等方面的要求，選定直流減速電機。
2.2電機驅動方案的選擇與論證
方案1：采用繼電器對電機的開和關進行控制，通過開關的切換對電機的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，實現(xiàn)容易；缺點是繼電器的響應速度慢、機械結構易損壞、壽命較短。方案2：采用H型脈沖寬度調(diào)制（PWM）全橋式驅動電路。通過PWM脈寬調(diào)制的方法實現(xiàn)對執(zhí)行機構速度的控制。調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)速范圍廣、過載能力大，可以實現(xiàn)頻繁的快速啟動、制動和反轉。H型全橋式電路降低了實現(xiàn)轉速和方向控制的復雜性。方案3：采用DSP芯片，配以電機控制所需要的外圍功能電路，通過數(shù)控電壓源調(diào)節(jié)電機運行速度，實現(xiàn)控制物體的運動軌跡。該方案優(yōu)點是體積小、結構緊湊、使用便捷、可靠性提高。但系統(tǒng)軟硬件復雜、成本高。通過綜合比較分析，方案2可以較好的滿足設計的需求。
2.3電源的選擇
方案1：鋰離子電池循環(huán)使用壽命長達2000次，比能量高150W•h/kg，充電時間短2～4h，充放電電能轉換效率可大于97%，體積小、重量輕，但價格較高。方案2：鉛酸蓄電池循環(huán)使用壽命長達900次，比能量低40W•h/kg，充電時間一般在8h以上，充放電電能量轉換效率約為80%左右，體積大、重量重，續(xù)航時間短，但價格較低。綜合考慮，選擇方案1配合太陽充電器作為控制電路及其他電路的能源。
2.4實時畫面?zhèn)鬏?a href="http://www.baojiexiang.com/lunwen/jxkzlw/93631.html" target="_blank">模塊的選擇
采用3G無線車載視頻系統(tǒng)運行中的車輛安裝3G無線車載網(wǎng)絡攝像機，外接4個攝像頭，車載攝像機通過CDMA網(wǎng)絡對車的圖像進行回傳至監(jiān)控中心完成實時監(jiān)控。
3硬件設計
控制器模塊采用ST公司的一片ARM芯STR710FZT6，電機驅動采用專用芯片L298N。電機驅動芯片L298N由6個I/O口經(jīng)4個與門輸出的4路信號來控制兩電機，電路如圖1所示，其中I/O口P1.2與P1.7是定時器1和3的輸出端，用來產(chǎn)生PWM波；P2.2、P2.3、P2.4、P2.5是普通I/O口，用來控制電機運動的方向。測速模塊主要由ST168芯片完成，每個輪上一個，每塊芯片僅需一個I/O口來記錄脈沖數(shù)。四個輪對應的I/O口分別是P2.14、P2.15、P2.0、P2.1，其電路如圖2所示。超聲波模塊分為發(fā)射端與接收端，其中接收端的I/O口具有外部中斷功能。當接收到信號，MCU就會觸發(fā)中斷，通過記錄時間間隔可以計算出距離障礙物的距離。
4結論
本文結合執(zhí)行機構及工作環(huán)境對控制模塊進行了方案設計和硬件設計，在原有機械模塊的基礎上對控制方式進行了設計，使得系統(tǒng)的自動化程度提高，能更好地適應現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植的需要。
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作者:葉振環(huán) 袁得永 袁剛 單位:遵義師范學院工學院