ARM全自動機械控制的模組設計論文
摘要：本文設計的全自動機械控制模組採用了實時採集感測器訊號分析及智慧分析外部環境、路徑資訊、自動方向控制及速度調節等技術。控制模組具有實時畫面傳輸能力，人機互動能力，道路識別能力，能與GPS導航實時交換資料，能自動識別道路，並可以根據路面情況實時調整行走速度和角度。
關鍵詞：模組設計;ARM;自動控制
農用機常用於我們的家庭、農業產區。農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，在現有的農用機械當中，不管多麼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組，並能根據使用者的命令及現場實時訊號採集，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系統簡介
本文設計的全自動機械控制系統包括：主機處理單元、電源電路單元、感測器單元、照明單元、尋跡導航單元、驅動單元、執行單元、實時影象傳輸單元和人機互動單元、報警單元以及液晶顯示單元。其特徵在於：所述的主機處理單元經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訊號輸出端與顯示、報警單元和驅動，執行以及實時影象回傳單元連線，所述的主機處理單元將檢測到所有訊號進行識別處理，所述的感測器單元和尋跡導航單元連線到主機處理單元。其中人機互動模組完成如下功能：透過主控模組接收從GPS上發來的路徑、里程等資訊，經微處理器處理後利用串列埠傳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劃一下目的地，透過手機啟動控制系統，進而控制機器的所有操作。
2系統設計方案
針對系統中驅動、傳輸等關鍵模組進行方案對比論證。
2.1電機的選擇與論證
方案1：採用直流減速電機作為該系統的驅動電機。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PWM調速且調速範圍寬、低速效能好。方案2：採用步進電機作為該系統的驅動電機。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：採用繼電器對電機的開和關進行控制，透過開關的切換對電機的速度進行調整。這個方案的優點是電路較為簡單，實現容易；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：採用H型脈衝寬度調製（PWM）全橋式驅動電路。透過PWM脈寬調製的方法實現對執行機構速度的控制。調速特性優良、調速範圍廣、過載能力大，可以實現頻繁的快速啟動、制動和反轉。H型全橋式電路降低了實現轉速和方向控制的`複雜性。方案3：採用DSP晶片，配以電機控制所需要的外圍功能電路，透過數控電壓源調節電機執行速度，實現控制物體的運動軌跡。該方案優點是體積小、結構緊湊、使用便捷、可靠性提高。但系統軟硬體複雜、成本高。透過綜合比較分析，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：鋰離子電池迴圈使用壽命長達2000次，比能量高150Wh/kg，充電時間短2～4h，充放電電能轉換效率可大於97%，體積小、重量輕，但價格較高。方案2：鉛酸蓄電池迴圈使用壽命長達900次，比能量低40Wh/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實時畫面傳輸模組的選擇
採用3G無線車載影片系統執行中的車輛安裝3G無線車載網路攝像機，外接4個攝像頭，車載攝像機透過CDMA網路對車的影象進行回傳至監控中心完成實時監控。
3硬體設計
控制器模組採用ST公司的一片ARM芯STR710FZT6，電機驅動採用專用晶片L298N。電機驅動晶片L298N由6個I/O口經4個與門輸出的4路訊號來控制兩電機，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。測速模組主要由ST168晶片完成，每個輪上一個，每塊晶片僅需一個I/O口來記錄脈衝數。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。超聲波模組分為發射端與接收端，其中接收端的I/O口具有外部中斷功能。當接收到訊號，MCU就會觸發中斷，透過記錄時間間隔可以計算出距離障礙物的距離。
4結論
本文結合執行機構及工作環境對控制模組進行了方案設計和硬體設計，在原有機械模組的基礎上對控制方式進行了設計，使得系統的自動化程度提高，能更好地適應現代化農業種植的需要。
參考文獻
[1]楊永輝.智慧小車的多感測器資料融合[J].現代電子技術,2005(6):3-6.
[2]張立.電動小車的循跡[J].電子世界,2004(6):45.
[3]卓晴,王磊.基於面陣CCD的賽道引數檢測方法[J].電子產品世界,2006,18(7):143-145.
[4]鬱有文.感測器原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003.
【ARM全自動機械控制的模組設計論文】相關文章：