基于ARM的实验机器人控制系统的研制

论文摘要

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。

论文目录

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