基于Web的核废料处理机器人远程监控系统设计.doc

江苏大学硕士学位论文基于Web的核废料处理机器人远程监控系统设计姓名：徐前申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：赵德安20100611江苏大学硕士学位论文，谢，￥，；，；江苏大学硕士学位论文，：，学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。书。本学位论文属于学位论文作者签名：保密口，在年解密后适用本授权不保密。徐翻导师签名：左砖鏊签字同期甜年多月签字日期：知，年月日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：蝴日期：山，年月日江苏大学硕士学位论文本课题研究背景第一章绪论核工业是新兴工业，也是人类扩大开发能源的重要方面。核工业领域的特点不仅是综合性强，涉及范围广，而且还有它自己的特殊性，其最主要的特点是在各个生产环节中都具有不同程度的放射性以及对人和对各种生物的伤害，在某些工作岗位上更具有潜在的危险性，威胁着人们的安全。多年来，在核工业中人们不仅要求实现生产自动化，并且在一些强辐射环境中和具有潜在危险的岗位上，希望运用机器人去代替人的劳动，使工作人员免受伤害，同时还希望在一些高精度和高难度的生产过程中，运用精细的机器人代替人的工作，既要达到生产的优质高产、高速稳定、安全可靠，又能做到人力所难于完成的精度，使人们从紧张和困难中得到解放【。核能是目前唯一达到工业应用和可大规模替代化石燃料的能源，也是实现能源可持续发展的重要手段之一。核辐射对人体的伤害是致命的，因此远距离操作技术是核电站机器人不可缺少的工具，成为核工业的生命线，能在核环境下工作的机器人特别是智能机器人则是核工业梦寐以求的目标。核工业中的遥控操作、遥控检修与核工业机器人是发展核工业的极为重要的相关技术，它将对国家产生极大的社会效益与经济效益，因此国家将开发核工业机器人列人了高技术计划。所以，尽管技术上难度很大，但有高技术计划的支持与有关方面的配合，一定会为改变我国核工业的面貌做出贡献。互联网的迅速发展已经使当代社会经济结构和人们的生活方式发生了巨大的变化，也给新世纪的机器人研究和开发开辟了新方向。计算机网络使远程控制不再受地域的限制，低廉的通讯费用解决了传统技术中因建设专有信道而带来的高成本问题，高速宽带网为机器人远程控制的实时性提供了保证。因此，基于网络的远程控制系统成为机器人研究的热点。目前嵌入式系统己经在家庭和工业的各个领域得到了广泛的应用，并且随着集成电路技术和软件业的飞速发展，实现嵌入式系统直接接入已经变为可能。在硬件方面，有、及等位可以满足嵌入式操作系统的要求；在软件方面，嵌江苏大学硕士学位论文入式得到了蓬勃发展，并且已经进入实用阶段，如、等。另外，是一种免费的，开放源代码的操作系统，它可应用于多种硬件平台，微内核直接提供网络支持，而不必象其他操作系统要外挂协议包。因此，我们可以将嵌入式入到机器人中，并开发出良好的人机交互界面，从而以较低的成本实现机器人的远程控制。国外机器人远程监控的发展现状基于网络的机器人的思想是由于年首先提出的，其最初的构想是给公众提供可通过访问的遥控机器人，并支持用户对其进行远程操作，这一构想极大地扩展了传统的机器人遥操作概念。唱很快就将这一构想应用到，建立了第一个基于浏览器的网络机器人系统。操作人员通过衩览器登录到加州大学的主页，然后使用鼠标与键盘控制一台耖器人在半圆形的沙堆中进行物品挖掘【】。也于年发布了一个基于的具有六自由度的遥操作机械手臂的机器人，机器人接受远程用户发出的控制请求来控制机械手搬运和搭建积木。用户每控制一次就得到一幅静态的图片，通过不断更新的图像来进行操作，该系统通过程序提供给用户很好的三维图形操作界面【。和的开创性工作之后，越来越多的学者和研究机构投入到基于网络的机器人技术的研发工作中来。年英国大学研制了一台基于的天文望远镜，该天文望远镜在上对天文爱好者开放，爱好者可以通过浏览器访问其主页来控制望远镜变换角度和焦距。年，大学研发的是第一个可通过网络进行监控的自主机器人，可以通过监控机器人在楼内各个房间运动，完成传送文件的任务。在基于嵌入式系统控制方面，最著名的是的火星旅（），这一型号的远程监控机器人己成功地应用于火星计划。火星探险计划于年分别派出第二代孪生兄弟火星车“勇气号（）和“机遇号”（）在美国西部时间年月日和日先后登陆火星，如图一江苏大学硕士学位论文所示，它们分别在火星表面不同区域进行探索并发回大量珍贵照片圈的丸星旅居者国内机器人远程监控的发展现状目前国内在基于网络的机器人监控技术领域的研究还处于初步阶段，哈尔滨工业大学、上海交通大学、清华大学、中科院沈阳自动化所、北京航空航天大学、华南理工大学等单位在这方面开展了不少工作。年上海交通大学开发了基于网络的机器人远程操作系统，被控机器人是台一型工业机械手。由于此系统的人机交互界面是基于技术的，因此交互性差，控制方式单一。此后，他们针对这个工业机械手，叉开发了个基于的机器人远程操作系统，使用开发客户端用户界面，但对视频图像传输等未涉及。年，哈尔滨工业大学研究的基于远程操作机器人采用由服务器和机器人服务器构成的两层服务嚣结构，该系统可以使得用户通过浏览器对台机器人进行控制，完成抓取、搬运、堆放等操作。其服务器采用语言编写的通用网关接：，服务器与机器人服务器之间采用通信。该系统没有提供动态的实时图像，而是以静态的图片反馈给客户端”。江苏大学硕士学位论文年，沈阳自动化研究所研究的远程操作机器人系统，采用语言进行开发，实现了图像以及指令信息的传送【】。年，清华大学开发了基于事件的网络机器人远程操作系统，采用基于事件和图形预测仿真的直接控制方法，实现了上的多用户双臂远程操作系统，但视频传输不连续，每秒一幅格式压缩的图像【】。国防科技大学设计了基于技术的监控式大时延机器人系统【】；华南理工大学设计了基于国际互联网的机器人实时跟踪系统【】；东南大学设计了力觉临场感遥操作系统【】等等，这些都是在机器人远程控制领域进行的有益尝试。机器人远程监控技术的应用前景机器人远程监控正同益受到人们的重视，网络与机器人的结合为监控系统提出了一个新的思路。人们非常希望充分利用提供的廉价便捷的软硬件条件发挥它良好的交互性、广泛的共享性，结合机器人控制技术的研究成果，进一步拓展开发远程控制机器人系统，从而将机器人技术推广到诸如远程制造、远程医疗诊断、教育培训和娱乐等更多的应用领域。这一技术的应用不但进一步丰富了机器人控制技术手段，而且将网络技术的应用提上新台阶，具有良好的发展趋势和广阔的应用前景。建立基于网络的机器人遥操作控制系统，不仅可以使操作人员离开具有危险性的操作环境，避免造成人身伤害，同时还可顺应机器人所面临的日益复杂的应用环境，如：深海作业、太空探索、考古研究等。这些作业一般都很复杂，由于机器人技术的限制，机器人很难自主完成这些任务，因此需要远离作业现场的操作人员参与。网络控制利用现有的通用通讯技术和设备可以实现人对各种环境的遥控，实现了人类对不可到达环境中事件的参与，在远程医疗、空间作业、工业合作装配等领域都有着广泛的应用前剽】。）教育培训：通过网络共享机器人或其它昂贵的设备，可节省教育和培训的费用。此外，研究机构也可以通过共享，测试不同的机器人控制算法，促进研究和交流。许多基于的远程机器人控制站点就是在此目标上建立起来的。）娱乐：提供互动的娱乐项目，大多数目前的基于的远程机器人控制站点提供了这一功能，并证明受到了广大用户的关注和喜爱。）空间机器人控制：目前研究航天专家可以不用亲自到航天基地，江苏大学硕士学位论文通过网络控制太空中的探测机器人。）网络化制造：工程师可以使离散的任务自动化，使工艺流程合理化，监控工厂里的智能机械，或是对生产过程监控，不仅能从中看到操作对象，可以实时调整模型的参数，分析人员还可以远距离进行数字模拟。基于网络的机器人网络控制研究内容广泛，它借鉴了远程操作和网络技术的理论和方法，又拓展了新的研究领域，具有相当的应用前景。基于网络的机器人控制技术是计算机、网络通讯及分布式网络等先进技术与机器人控制技术相交汇的成果，这一技术的深入发展将给机器人研究注入崭新的活力与发展动力【。论文研究内容本课题主要研究的是基于处理器和嵌入式系统的核废料处理机器人远程监控系统。本文将嵌入式技术应用于远程操作机器人系统中，首先以目前最流行的体系结构的嵌入式处理器作为微控制器，配上感知、通讯、运动控制、自动充电等硬件模块，构成一种开放式结构的远程操作机器人系统；软件部分分为数据采集层、操作系统层、设备驱动层、应用软件层，提出了一种层次化的系统软件体系结构；最后通过实验证明该远程操作机器人监控系统的可行性和稳定性，并对设计的远程操作机器人进行了总结。主要的研究内容如下：）构建基于嵌入式的系统平台，包括弓导装载程序、内核剪裁和移植、文件系统的制作、无线网卡和摄像头驱动程序以及电机驱动程序的设计；）实现机器人运动控制与传感器信号采集，包括电机运动控制的程序和摄像头云台控带程序设计、超声波传感器信号采集和视频信号采集程序设计；）设计机器人自动充电软硬件系统，包括电池电量检测电路设计，红外线接收电路设计，近程对接算法设计；）构造基于服务器的机器人远程监控系统，实现基于动态网页的机器人远程遥控操作、视频信息的实时显示、超声波传感器信号和机器人状态信息的实时显示等。江苏大学硕士学位论文第二章系统体系结构与硬件平台设计系统体系结构系统硬件平台主要由六部分组成，即主控制模块、无线网卡、摄像头、运动控制、内部传感器单元和自动充电模块，系统硬件框图如图所示。主控制板基于￥微处理器，运行嵌入式操作系统；无线网卡连接到主控制板上，通过无线路由为机器人提供接入；摄像头用来采集室内的环境信息；运动控制与内部传感单元完成机器人驱动电机的控制，自动充电模块完成机器人的自动充电。图系统硬件框图江苏大学硕士学位论文体系结构（）是公司的高性能、廉价、低功耗的处理器，适用于嵌入式控制、消费教育类多媒体、和移动式应用等多种领域。公司提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品都采用一个通用的体系构架，所以相同的软件理论都可在所有产品中运行【。）处理器核简介（）该系列包括，、和。该系列处理器提供位压缩指令集和软件调试方式，适用于更大规模的设计中。系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括设备、网络和调制解调器设备以及移动电话、等无线设备。（）该系列包括，和带有高速缓存处理器宏单元的，除了兼容系列，而且能够更加灵活的设计。系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统和机顶盒等领域。（）该系列包括和处理器核，其核心在于使用向量浮点（）单元提供高性能的浮点解决方案，从而极大提高了处理器的整型和浮点运算性能，可以用于视频游戏机和高性能打印机等场合。（）该系列涵盖，和处理核，主要针对新兴的安全市场，以一种全新的安全处理器设计为智能卡和其它安全开发提供独特的位系统设计，并具有特定反伪造方法，从而有助于防止对硬件和软件的盗版。（）微控制器则提供全性能、高性价比、低功耗的解决方案，支持位指令并集成数字信号处理（）指令。考虑到课题应用领域和功能需求，决定采用性价比较高的三星公司生产的江苏大学硕士学位论文￥（采用洲内核）处理器，其丰富的接口、优异的性能完全能够满足项目的需求，并且可以满足系统今后的进一步扩展的要求。）处理器的特点】支持位的指令集和位的指令集，采用五级流水线结构和单一的位总线接口，支持，因此可以运行、等多种操作系统，也支持实时操作系统；具备统一的数据和指令，提供多种生产工艺等。从运行角度看，系列处理器共有种运行模式：用户模式：正常程序执行的模式；快速中断模式：用于高速数据传输和通道处理；外部中断模式：用于通常的中断处理；特权模式：供操作系统使用的一种保护模式，又称超级用户模式；数据访问中止模式：用于虚拟存储及存储保护的模式；未定义指令中止模式：用于支持通过软件仿真硬件的协处理器；系统模式：用于运行特权级的操作系统任务。除了用户模式外其他六种模式都是特权模式，这些模式下程序可以访问所有的系统资源，也可以任意的切换到其他模式。除了系统模式外，其他的五种模式又称为异常模式。）删的流水线结构使用级流水线作业，同时具有分开的指令和数据存储器，减少了在每个时钟周期内完成的最大工作，进而允许使用更高的时钟频率。级流水线具体如下：取指令：从存储器中取出指令，并将其放去指令流水线；译码：对指令进行译码；执行：把一个操作数移位，产生的结果；缓冲数据：如果需要，访问数据存储器；否则的结果简单地缓冲个时钟周期，以便所有的指令具有同样的流水线流程；回写：将指令产生的结果回写到寄存器，包括任何从存储器中读取的数据。）￥的功能江苏大学硕士学位论文￥是利用的内核，采用微米标准技术制造的，它的小巧低功耗全静态设计特别适合于价格和功耗敏感的系统。内核实现了，总线和高速缓冲体系结构，这一结构具有独立的指令和数据。提供完整的系统外围使得￥能够尽可能的减少系统的整体成本和减少另外的设备组件。的体系结构如图所示。图的内部体系结构集成在片上的功能包括：内核供电，夕部接口及存储器供电；的指令和的数据；外部存储器控制器（控制器和外部片选信号产生逻辑）；一一一一一一江苏大学硕士学位论文控制器并有一个通道的能支持高达的和的；通道带有外部请求引脚的；通道的和通道的；通道的多主总线和通道的总线控制器；存储器控制接口；个主口和一个通道的从口；通道的定时器和一个通道的内部定时器；带有看门狗定时器；个通用和个外部中断源；种电源模式：一般模式、低速、休眠、掉电；内部，通道位；触摸屏接口；片上时钟发生器。超声波测距电路设计超声波测距的方法和原理超声波测距的方法有多种【】，如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。相位检测法是通过测量返回波与发射波之间相差多少相位来判断距离；声波幅值检测法是看回波的幅度大小来判断距离；渡越时间检测法是通过回波的返回时延来判断距离。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响，所以本课题采用超声波测距最常用的方法渡越时间探测法。即在声速已知的情况下，通过测量超声波回声所经历的时间来计算距离，其原理图如图所示。正弋一：一障碍物图超声波测距原理图首先超声波向空气中发射声脉冲，声波遇到被测物体反射回来，已知声速为江苏大学硕士学位论文，测出第一个回波到达的时间与发射脉冲时的时问差，利用公式一圮即可计算出传感器与反射点之间的距离，测量距离为：当时，则，一般来说测距仪器采用收发同体传感器，故，所以！对超声波传播时间的测量可咀归结到对超声波回波前沿的检测，目前使用的方法有包络检测和脉冲检测计数法等。包络检测法：包络检测法是将接收到的回波信号做成包络线，接收回波的包络线大于门限值时确定为回波到达的时百，显然这罩有一个原理上的滞后，并且在信噪比较小的情况，误差就会比较大。脉冲检测计数法：脉冲检测法是对有回波信号经检测电路产生的脉冲进行检测的方法。这种方法实现起柬较包络检测方便，精度也较高。实现的方法是当回波信号经放大处理后，进入比较器，调整好合适的阙值在比较器的输出端就会产生的方波。利用查询或者中断的方法便可以检测出这些脉冲，便于测量出发射到接收到脉冲的时间。典型超声波测距系统一般由超声换能器、换能器驱动电路及数据采集系统组成。超声换能器的主要作用是发射和接收超声信号；换能器驱动电路是用柬产生一定频率的交变电压作为换能器的工作电源；数据采集系统主要是用来捕捉并采集回波信号，一般由触发电路、采样电路、微处理器组成。随着大规模集成电路技术的发展，出现了超声波测距专用集成电路【”。本文选用的超声波传感器型号为，实物如图所示。图超声波传感器江苏大学硕士学位论文超声波发射电路及接收电路设计）超声波发射电路，如图所示。图超声波发射电路在电路中主要士时基电路及外围元件构成多谐振荡器电路，调节电阻器的阻值，可以改变振荡频率。由第脚输出端经过功率放大后驱动超声波换能器，使之发射出超声波信号。电路工作电压，工作电流，发射超声波信号大于。用构成的多谐振荡器来驱动超声波发射传感器，外接电阻，、和电容构成的多谐振荡电路，振荡频率庄要取决于电阻、和，其中当、和固定时，改变电位器的阻值就可改变振荡频率，振荡幅度由电源电压来决定。震荡频率为：厂；【（尺）输出脉冲的占空比为：页再夏丽输出的方波信号经过功率放大电路来进行功率放大，此电路最大的优点是可以实现阻抗变换，用一个电容作为输出耦合电容取代了变压器，而在一般情况下功率放大电路的负载电流很大，电容容量要选上千微法，但是并不是电容容量越大越好，当电容容量增大到一定程度时，由于两个极板面积很大，使电容存在漏阻和电感效应，使得低频特性不会得到明显改善。两只功放管分别在正、负半周交替工作，当输入信号一定时，能使输出信号幅度基本上等于电源电压而又不失真的负载，也就是功放电路的最佳负载，此时功放电路输出最大功率，也具有最高的转换效率。这里采用独立的电源对两个极性相反三极江苏大学硕士学位论文管驱动电路供电，即型号为型极管和型号为的极管，以增强超声波发射的能量、功率和测量精度。）超声波接收电路，如图所示。即主一未茕雎驾志惜峙：（图超声波接收电路接收电路部分主要由接收换能器、功率放大电路、比较及控制等环节组成。当超声波遇到障碍物返回时，超声波接收探头讯接收，由于回波电压值只在毫伏量级，加上在距离较远的情况下，声波的回波更弱，为此要求将信号放大。在设计中采用二级放大，采用放大器，第一级放大倍，第二级电路接可变电阻，放大倍数倍，这样两级放大倍数可达至倍，能充分满足因为远距离传播而变得相当微弱的信号得到足够增益，其次是滤波、检波、选频电路。在电路中，脚接电容到地，容量可在之间选取，电容量越大，抗干扰性能越好。脚接一个锁相环滤波电容，的容量与输入信号端的电压和接收带宽之间的关系为，瓦，从式中可看出信号越强、接收器接收的带宽越宽，另外为了不损坏器件，应在输入信号的幅值加以限制，所以接耦合电容；在脚和脚之间接可变电阻，脚和接地端之间接，这样就可以通过和来确定锁相环中心频率。超声波发射接收电路板如图所示。江苏走学硕士学住论无图超声波发射接收电路板无线网卡接口电路设计工作原理通用串行总线规范是以为主，并由康柏、微软、及同奉等共同制定的串行接口规格。规范向下兼容，数据的传输宰达，为大数据量高速实时传输提供了强有力的通信方式，支持宽带数字摄像设备及下一代扫描仪、打印机及存储设备，一个系统可以从三个方面加以描述：互连、从端口和主端口。）互连互连是指一个主端口（）与从端口相连并和其通信的方式，它包括咀下几方面：总线的拓扑结构：主端口和从端口的连接模式。数据流模型：描述数据在系统中通过从产生方到使用方的流动方式。任务规划：提供多个从端口共享的连接，对从端口必须进行规划以分配带宽。的总线拓扑结构如图所示，它足一个星型结构，集线器（）位于江苏大学硕士学位论文每个星型结构的中心，协议规定最多允许级集线器进行级连。这种集线器级连的方式使得外设的扩展很容易。数据流模式对于设备很关键，协议支持以单向或双向的方式，在主端口和一个设备之间交换功能数据和控制信息。的数据传输是在主端口和一个从端口上的特定端点之间进行的，一个给定的从端口支持多个数据传输端点。主端口将分别处理一个从端口的任一端点与其他端点上的通信，这种主端口和一个从端口之间的联系称为管道。在体系结构中有基本的数据传送类型，任何管道都必须能够支持其中的一种传输方式。图总线拓扑结构）从端口从端口包括集线器和功能设备两大类。它们都必须有标准的接口，理解协议，支持标准的操作，它们的描述信息也必须具有协议定义的标准格式。集线器为总线提供扩展和连接，功能设备是具有一定特殊应用功能的设备，它能发送数据到主机，也可以接收来自主机的数据和控制信息。）主端口主机是系统的核心，在一个系统中只有一个主端口的接口称为控制器，通过它主机和外围设备进行通信。在主机中还集成了一个根集线器（），用于直接与外设相连或与一般级连。主机所具有的功能包括：检设备的插入和拔出；管理主机与设备之间的数据流；江苏大学硕士学位论文对设备进行必要的控制；收集各种状态信息；对插入的设备供电。从物理结构上，系统是一个星形结构，但在逻辑结构上，每个逻辑设备都是直接与相连进行数据传输的。在总线上，每传输帧数据，每帧数据可由多个数据包的传输过程组成，设备可根据数据包中的地址信息来判断是否响应数据传输。在标准版本中，规定种传输方式【】以适应不同的传输需求：）控制传输（）控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址，设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为个字节，而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为个字节。）同步传输（）同步传输仅适用于全速高速设备。同步传输每进行一次传输，有较大的带宽，常用于语音设备，每次传输的最大有效负荷可为个字节。）中断传输（）中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为，而低速设备的中断传输周期为。全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为个字节，而低速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为个字节。）块数据传输（）块数据传输是非周期性的数据传输，仅全速高速设备支持块数据传输，当且仅当总线带宽有效时才进行块数据传输，每次数据传输的最大有效负荷可为个字节。无线网卡工作原理无线网卡又称为无线适配器，其作用类似于以太网中的网卡。无线网卡是终端无线网络设备，是无线局域网的无线覆盖下通过无线连接网络进行上网使用的无线终端设备。电脑之间在进行相互通讯时，数据不是以流而是以帧的方式进行传输的。我们可以把帧看做是一种数据包，在数据包中不仅包含有数据信息，而江苏大学硕士学位论文且还包含有数据的发送地、接收地信息和数据的校验信息。无线网卡主要由网络接口卡（）单元、扩频通信机和天线个模块组成【。单元属于数据链路层，负责建立主机与物理层之问的连接；扩频通信机与物理层建立对应关系，并通过天线实现无线电信号的接收与发射。当计算机要接收信息时，扩频通信机通过天线接收信息，并对该信息进行处理，判断是否要发给单元。如果扩频通信机发现接收到的信号有错，则通过天线发送给对方一个出错信息，通知发送端重新发送此信息帧。当计算机要发送信息时，主机将待发送的信息传给单元，由单元首先监测信道是否空闲，若空闲便立即发送，否则暂不发送，并继续监测。网卡收到传输来的数据，网卡内的单片机程序先接收数据头的目的地址，根据计算机上的网卡驱动程序设置的接收模式判断该不该接收，认为该接收就在接收后产生中断信号通知，认为不该接收就丢弃不管。得到中断信号产生中断，操作系统就根据网卡驱动程序中设置的网卡中断程序地址调用驱动程序接收数据，驱动程序接收数据后放入信号堆栈让操作系统处理。发送数据时，网卡首先侦听介质上是否有载波（载波由电压指示），如果有，则认为其他站点正在传送信息，继续侦听介质，旦通信介质在一定时间段内（称为帧间缝隙微秒）没有被其他站点占用，则开始进行帧数据发送，同时继续侦听通信介质，以检测冲突。在发送数据期间，如果检测到冲突，则立即停止该次发送，并向介质发送一个“阻塞”信号，告知其他站点己经发生冲突，从而丢弃那些可能一直在接收的受到损坏的帧数据，并等待一段随机时问。在等待一段随机时间后，再进行新的发送。如果重传多次后（大于次）仍发生冲突，就放弃发送。接收数据时，网卡浏览介质上传输的每个帧，如果其长度小于字节，则认为是冲突碎片，如果接收到的帧不是冲突碎片且目的地址是本地地址，则对帧进行完整性校验，如果帧长度大于字节（称为超长帧，可能由错误的驱动程序或干扰造成）或未能通过校验，则认为该帧发生了畸变。通过校验的帧被认为是有效的，网卡将它接收下来进行本地处理。无线网卡接口电路设计本系统采用的是芯片的无线网卡，实物如图所示，因此和微处理器模块电路也是通过接口通讯。￥芯片内集成了两路控制器，因此不需要扩展接口就可实现无线网卡的方便接入。无线网卡正苏走学硕士学住论工与微处理器的接口电路如图一所示图”芯无线网卡：￥刍图无线网卡接：电路集线控制器采刚了公司的，该芯片电路简单，性价比高，在集线器设备产品中被广泛使用。整个集线器电路与系统连接的只有根线：、。为了使￥的软件可以更灵活的控制设备和主机之间的连接，使用引脚来实现软连接。当输出低电平时，导通，线通过刚上拉到，通知主机设备要与其连接；肖输出高电平时，断开，线断丌与的连接，通知主机有设备要与其断丌连接。总线的和一线都要串联一个匹配电阻，阻值为欧。当总线确通信时，线上的信号频率为，如果用来直接控制软连接，等于在￥的口上引入个时钟信号，这样明显时不合理的，而管是用电压来控制开通与关断，当管导通时，与十线没有电流联系，十线的时钟信号就不会影响到￥了。江苏大学硕士学位论文电机驱动模块电路设计步进电机及其控制原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度逐步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机由于没有误差积累的特点而广泛应用于各种开环控制。目前比较常用的步进电机包括反应式步进电机（）、永磁式步进电机（）、混合式步进电机（）等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为度或度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为度，但噪声和振动都很大。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相，两相步进角一般为度而五相步进角一般为度，这种步进电机的应用比较广泛。步进电机必须使用步进电机驱动器才能工作。驱动器针对每一个步进脉冲，按一定的规律向电机各相绕组通电（励磁），以产生必要的转矩，驱动转子运动。步进电机系统的性能除与电机自身的性能有关外，还与驱动器的性能有很大关系。步进电机的驱动方式有很多，有单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分驱动和集成电路驱动等【。步进电机、驱动器和控制器构成了步进电机控制系统不可分割的三大部分，典型的步进电机控制系统如图所示。图步进电机控制系统控制器产生控制信号和脉冲信号，脉冲分配器将微控制器产生的信号脉冲转换成有一定逻辑关系的环形脉冲，功率放大器将脉冲分配器输出的环形脉冲放大，用于控制步进电机的运转。电机驱动电路设计本系统使用控制机器人左右轮步进电机转动。由于步进电机采用驱动，所以要有产生波形的硬件装置，￥微处理器拥有个定时器，江苏大学硕士学位论文其中有个具有输出引脚，个为内部定时器。当嵌入式操作系统后，嵌入式占用定时器，所以剩下个定时器，综合考虑，配合与门芯片可以用个定时器加上个口实现步进电机的速度和正反转控制，步进电机驱动电路如图所示。几叫芋肿【卫脚芝易丁蹦妒：斟啪脚咖哩图电机驱动电路由于机器人的不可避免会发生一些碰撞，这样机器人运动装置部分电机经常会堵转和快速反转。本文为设计了过流保护电路。该电路充分利用了的使能端或和取样电阻联接端。我们用个电阻值为，功率为的电阻作取样电阻，进行电流电压变换后，再与一标准电压基准比较，通过一个简单的电压比较器，就可以判断出该桥电路过流与否，再经过简单的逻辑运算，输出一信号到的使能端，当桥电流过流时，就使能端就输入一个低电平，从而，该桥就被关掉了，保护了功率驱动芯片和步进电机。接口电路设计是（联合测试行动小组）的简称。标准主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路（测试访问口），通过专门测试工具对内部节点进行测试。标准的接口包括：（测试模式选择）、（测试时钟）、（测试数据输入）、（测试数据输出）。基于接口的边界扫描测试技术，是在芯片引脚和芯片内部逻辑之间（即芯片边界位置）江苏大学硕士学位论文增加串行连接的边界扫描测试单元，实现对芯片引脚状态的设定和读取，使芯片引脚状态具有可控性和可观测性。与￥的连接电路如图所示。在图中，接口上的信号连接至芯片的引脚，达到控带￥内部的接口电路复位的目的。根据￥数据手册的说明，、和引脚上需要连接一个的上拉电阻。图接口电路自动充电系统硬件电路设计自动充电功能对核废料处理机器人来说也是十分重要，由于机器人不可能拖着电缆到处移动，所以这里用的是充