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机器人运动控制系统软件设计

发表时间:2019-08-05

  

  主控板软件设计运动控制系统设置

  主控板硬件完成模块管理、设备通讯及机器人定位脉冲检测等内容。在实际应用中,主控板硬件还负责超声波测距的软件管理。

  主控板硬件中只有主控板控制器需要进行软件设计。主控板控制器TMS320LF2407A的主要任务是超声波测距的软件设计管理和其他一些基本设置内容,包括电机码盘的正交编码脉冲检测。初始选定TMS320LF2407A作为主控板控制器是考虑到此控制系统可以作为以后机器人应用的平台,可以在TMS320LF2407A里嵌入实时系统,提升系统性能,方便接口开发。

  主控板控制器的软件设计内容包括模块初始化、串口通讯、正交编码脉冲检测和超声波测距软件。这里介绍模块初始化串口通讯和正交编码脉冲检测等内容。

  复位向量地址为程序入口,然后程序进行初始化。初始化内容包括扩展方式、溢出方式、DARAM、倍频、JTAG等基本配置。另外还有使用的相关I/O的设置、程序使用相关定时器的设置、程序使用相关中断的设置和串口通讯的相关设置。这些配置都是控制器使用的基本配置流程。初始化之后会开启相关的中断程序,随后进入超声波测距程序,并一直循环。中断服务程序处于就绪状态,一旦有中断发生,中断服务程序立即执行。

  在TMS320LF2407A的所有程序中,需要对其串口的数据发送和接收程序做说明。异步通信使用三条线(地线、发送线、接收线)连接采用RS 232格式的终端。发送各位依次为一个起始位、l~8个数据位、可选的一个奇偶校验位、1~2个停止位。因此串口通讯能够传输的最大的数据单位为8位,即一个字节。在设计中控制器和各终端会有各种类型的数据交流,如整形数据和浮点数据,因此需要对串口发送和接收的数据进行数据转换。

  四个字节的单精度浮点数的数据传输,因为串口每次最多只能传输一个字节,所以只需要把每个四字节浮点数的存储数据转换成字节形式发送即可,设计中采用强制转换的方式完成。数据接收的时候也可以采取同样的处理方式,反向转换即可。另外在数据转换上也可选择共用体来实现,共用体的实质和上面讲述的类型转换是一样的,只是共用体的各个数据类型占用的存储空间是共同的,对于这个存储空间,共用体定义的任何结构类型变量都可以调用。上位机里的串口数据处理采用的是这种方法,十分方便。

  对于正交编码脉冲的检测,TMS320LF2407A具有独立的正交编码脉冲单元,只要对单元寄存器进行简单设置即可得到机器人驱动轮的运行方向和距离参数。TMS320LF2407A将这些数据通过串口发送到上位机,由上位机建模,对数据加以处理后得到机器人的位姿信息。

  本主控板控制器协调上位机和各模块的工作,软件设计中详细讲述串口传输中的数据类型处理问题。利用单片机PWM外设生成脉冲宽度调制信号驱动电机,并通过光电码盘实现电机的闭环调速。超声波测距模块已经有广泛的应用,超声波测距模块软件程序采用通用的渡越时间法完成距离的测量,并通过模拟开关实现多超声波测距模块的分时工作。

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