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采用輸出軸配有光電編碼器的小型直流電機作為驅動電路。LPC2106產生的PWM波經專門的集成電路雙H橋驅動器L298放大,驅動左右輪電機。編碼器輸出兩路具有90度相位差的脈沖,經正交脈沖解碼,為CPU提供反饋的計數值和轉動方向。LPC2106透過無線接收模塊接收主機命令,并融合外傳感器電路反饋的環境變量進行電機的PID閉環控制。CPU保留JTAG在線調試接口,方便程序的編寫、下載和升級。系統硬件組成原理圖如圖3所示。
(1)電機與驅動電路
微型直流電機以其良好的線性特性、優異的控制性能和非常高的效率廣泛的應用于小功率系統中。為了控制直流電動機,采用定頻脈寬調制(PWM)控制。這里,由于LPC2106本身就帶有6個PWM輸出口,直接輸出控制信號即可,無須另加電路。不過,其輸出的PWM波功率有限,須由驅動電路放大后才能驅動電機。
考慮到電壓、電流的等級尺寸、外觀等因素,采用了L298來代替三級管所構成的驅動電路。L298驅動電路如圖4所示。
L298是恒壓恒流雙H橋集成電機芯片,可同時控制兩個電機,且輸出電流可達到2A。L298的EN A(第6引腳)、EN B(第11引腳)分別與LPC2106的PWM4和PWM6相連,作為調制信號。SENSE A,SENSE B為電流反饋引腳。電機控制方向引腳如表1所列。
Vss電壓最小為4.5V,可達36V;Vs電壓值也是36V。但經過實驗,Vs電壓應該比Vss電壓高,否則有時會出現失控現象。
(2)無線接收模塊
小車通過無線接收模塊接收主機發出的命令進行運動,通信的高速性、穩定性和準確性至關重要,它將直接影響整個系統的采樣周期。采用PTR2000模塊作為控制核心,它的顯著特別是所需要外圍元件少,設計非常的方便。傳統的無線通信電路方案不是電路復雜就是調試困難,PTR2000是一款基于nRF401芯片的無線數據收發模塊,通信速率為20Kb/s,工作距離為10m內。采用抗干擾能力較強的FSK調制/解調方式,其工作頻率穩定可靠,功耗極低且靈敏度極高,非常適合小型化的設計且其頻率433.92MHz與434.33MHz可選,很好地滿足了比賽的要求。
主機采用廣播式通信方式,依次發送13個字節,如圖6所示,足球機器人根據ID指針去響應相應的字節,并校驗啟動位及自身ID校驗字節,進行取舍。
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