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基于ARM的实验机器人控制系统的研制

作　者: 安绍银
导　师: 何瑾
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 实验机器人 ARM 传感器系统 LPC2210 μC/OS-II
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


近年来随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展,对智能机器人的研究越来越多。在教育领域,许多院校已在学生中开设了机器人学方面的相关课程。为了满足机器人学方面的相关课程教学示范和实验教学的需要,本文研制了一套基于ARM的实验机器人控制系统。本文选用以ARM7TDMI-S为内核的嵌入式微处理器LPC2210作为实验机器人的CPU,设计光电传感器、超声波传感器和红外传感器系统,实现机器人的自动寻迹和自动避障功能;基于嵌入式微处理器,完成了系统存储器电路、串行通信接口电路、液晶模块接口电路、JTAG接口电路等电路系统的设计;设计了电机驱动系统,以步进电机做为实验机器人的运动装置;完成了硬件系统的设计与调试,并编写了系统启动程序及底层驱动程序。软件部分本文选择了实时操作系统μC/OS-II的软件体系,移植了实时操作系统μC/OS-II,对μC/OS-II的任务进行划分与设计,并实现了各任务间的通信程序设计。对应用程序的任务进行了划分,即划分为自动寻线任务、红外检测任务、超声波检测任务及电机控制任务四个任务,完成了各任务程序的设计。最后本文建立了实验机器人控制系统实验平台,并对该平台进行了测试,主要包括串口通信可靠性测试、光电传感器模块测试、红外传感器模块测试、超声波传感器模块测试及电机驱动系统性能测试,测试结果证明了实验机器人运动的准确性,系统运行可靠,并具有成本低、实时性好、功能丰富等优点。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及分析  9-12
    1.2.1 国外教学实验机器人研究现状及分析  9-10
    1.2.2 国内教学实验机器人研究现状及分析  10-12
  1.3 本课题主要研究内容  12-14
第2章 系统总体方案设计及软硬件平台选型  14-23
  2.1 实验机器人控制系统总体方案设计  14-15
  2.2 硬件平台选型  15-19
    2.2.1 ARM处理器选型  15-16
    2.2.2 LPC2210 微处理器  16-19
  2.3 软件平台选型  19-22
    2.3.1 嵌入式操作系统  19-20
    2.3.2 μC/OS-II嵌入式操作系统选型  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 实验机器人控制系统硬件设计  23-35
  3.1 系统电源电路设计  23-24
  3.2 系统复位电路设计  24-25
  3.3 系统时钟电路设计  25-26
  3.4 JTAG接口电路设计  26
  3.5 系统存储器电路设计  26-27
  3.6 串口电路设计  27-28
  3.7 液晶模块接口电路设计  28-29
  3.8 光电传感器模块  29-30
  3.9 红外传感器模块  30-31
  3.10 超声波传感器模块  31-32
  3.11 电机驱动模块  32
  3.12 PCB板结构及硬件调试  32-34
  3.13 本章小结  34-35
第4章 实验机器人控制系统软件设计  35-51
  4.1 集成开发环境ADS  35
  4.2 μC/OS-II的体系结构及在LPC2210 上的移植  35-41
    4.2.1 μC/OS-II的体系结构  35-37
    4.2.2 μC/OS-II的移植条件  37
    4.2.3 与μC/OS-II的移植相关的ARM体系  37-39
    4.2.4 μC/OS-II的移植  39-41
  4.3 实验机器人控制系统应用程序设计  41-50
    4.3.1 软件的需求分析  42
    4.3.2 应用程序的任务划分  42
    4.3.3 主程序的实现  42-44
    4.3.4 自动寻线任务  44
    4.3.5 红外检测任务  44-47
    4.3.6 超声波检测任务  47-48
    4.3.7 电机控制任务  48
    4.3.8 任务的同步与通信  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章 系统测试  51-56
  5.1 串口通信可靠性测试  51-52
  5.2 光电传感器模块测试  52-53
  5.3 红外传感器模块测试  53
  5.4 超声波传感器模块测试  53-54
  5.5 电机驱动系统性能测试  54-55
  5.6 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
附录 实验机器人控制系统应用程序  61-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人 > 智能机器人
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