【某智能家居机器人的硬件选型和设计案例概述3500字】

某智能家居机器人的硬件选型和设计案例概述 1第1章硬件选型 1 1 11.1.2常见微处理器MCU的分析比较 21.1.3图像处理平台OPENMV介绍 21.1.4主控制器K60介绍 31.2测距传感器选型 41.2.1夏普GP2Y0A21红外传感器简介 41.3物联网通讯模块选型 4 5 52.1电源稳压电路 62.1.1LM2940-5V供电电路 62.1.1AMS1117-1.3V供电电路 72.2BTN7960H桥电机驱动电路 81.1微处理器MCU选型1.1.1设计需求选择控制器时需要注意以下问题：(1)因为物联网系统的接收和所需要处理数据量较大，所以最好使用多个控制器共同协作来完成控制任务，其中规定主控制器来完成各类信息的汇总和智能家居机器人的运动控制，因为图像数据量比较庞大且内容较复杂，所以需要选择一款适合的副控制器专门负责用来处理图像信息，得到处理结果后将其发送至主控制器。(2)因为整个过程中多个控制器与模块之间要进行相互通信，所以要求处于通信节点的控制器具有多个通讯接口，方便实现各类传感器模块信息的接受。(3)因为本设计要求机器人具有一定的机动运行能力，所以要求主控制器具备多个基本的定时器，具备PWM,GPIO等电主流用来做机器视觉的编程语言有Python、c++等高级汇编语言，所以选择的1.1.2常见微处理器MCU的分析比较月前市面上主流的CPU架构主要有X86-64和ARM架构.前者主要应用干桌面PC、服务器以及一些工业控制领域，虽然此架构相对于后者稳定性和计算成本相对于后者也高出不少，因此这里主要考虑采用ARM架构的微控制器来完ARM架构处理器广泛应用于嵌入式系统的设计，具有32位和64位设计两等等优点，使得此架构的控制器被广泛应用于便携式设备(如MP5,智能手机，智能手表等各类智能化便携设备)、电脑外设(如常用的鼠标键盘，遥控器，交换机),各类常见硬盘等等，平时嵌入式设计工作中常常使用的STM32F103单片机便属于Cortex-M3架构。STM32F103单片机主频为72Mhz,足以适配此任务任务，我们选择搭载摄像头OV7225的视觉开发平台OPENMV。至于信息中介善，这里最终确定下了使用K60单片实现物联网的系统搭建和机器运动控制的OPENMV是一款开源、功能强大、价格比较低的机器视觉模块。其中这款模块以STM32F76CPU为核心处理器，硬件电路上集成了OV7725摄像头芯片，十分适合作为一些嵌入式设备、机器人的视觉处理中心，其生产商用C语言搭建了一些算法库，其中包含了当前机器视觉领域的大多核心机器视觉算法，并提供了PYTHON的编程接口方便使用者更高效地完成开发任务，使用者只需要进行相关接□函数的简单学习和对相关算法的简要了解就可以进行视觉方面的开发工作。-nKinetis60系列处理器是基于ARMCortex-M4、具有超强的可扩展性的低功耗混合信号微处理器。这一些系列处理器是ARM为适应数字信号市场而专门开发的最新嵌入式处理器，具有高效易用的控制信号处理功能。Cortex-M4处理器内核，内部数据通道、内存均为32位，内部接口采用哈佛结构，有独立的指令系统和数据总线，指令操作和数据访问可以同时进行。另外，Kinetis60核心板主频为100Mhz,具有144根外接引脚，具有OLED/蓝牙接口，足以满足本智常见的测距传感器有超声波测距传感器HC-SR04、红外测距传感器GP2Y0A21、双目摄像头等，由于超声波测距传感器HC-SR04测距过程中，存重的资源浪费，所以这里最终采用了红外测距传感器夏普GY2YOA21模块来测夏普GP2Y0A21距离测量传感器是一种基于PSD原理的微型距离传感器。它的测量范围较长，能达到1m左右，测量角度也能满足我们的设计要求，能达到50°左右，另外经过查阅它的技术文档，他在50cm之内距离与模拟输出电压之间的线性关系较好，我们只需要利用单片机的ADC1.3物联网通讯模块选型常见的IOT(物联网)模块有无线通讯模块ATK-ESP8266、无线模块NRF24L01、无线数透模块ATK-M751等，但考虑到ATK-ESP8266提供免费云所以这里最终确定使用ATK-ESP8266来进行物联网系统通讯。1.1.1ATK-ESP8266通讯模块简介ATK-ESP8266是一款超低功耗的无线wifi通信模块，内置TCP/IP协议栈，兼容1.3V和5.0V供电的单片机，使用和操作过程比较简单，只需要对它进行简单的串口指令发送，就能够对其模式进行选择和控制。另外这款产品能与原子云服务器兼容，如果要用这款产品进行物联网通信的任务，可以直接使用厂家提供的云服务器服务，省去了自己搭建云服务器的繁琐工作。其他的一些基本参数，可以参考图1.2.通信接口第2章硬件电路设计智能管家机器人硬件电路主要由电源稳压模块、电机驱动模块、单片机最小系统等组成，出于电池体积、重量、容量的考虑，这里整个系统的供电来源选用型号为格氏7.4V的航模电池，电池容量为1800mah。其中上述的几个硬件电路模块中，电源稳压模块负责将7.4V电池电压降压到MCU正常工作的1.3V和供红外测距模块、ATK-ESP8266无线模块等正常工作的5V;电机驱动模块负责放大控制信号，从而实现对电机的转速、转向的控制。25C图2.1格氏电池实物图块图2.2智能管家机器人供电方案根据各模块稳定工作的正常电压要求及执行机构的额定电压要求，系统要提供5V和1.3V的稳定电压，为了满足系统的两种供电电压稳定，基于成本、和各模块功耗的计算分析，本文最终选择了采用LD0器件稳压的方案，分别为电压信c431OPENMV平台和ATK-ESP8266分别是整个系统图像数据处理的“大脑”和用于各设备端通讯的“桥梁”,所以能否为这两部分提供稳定的5V电压直接决电的场合。其最大输出电流为1A,工作时最大压差仅为0.5V,5.1V供电即可正2.1.1AMS1117-1.3V供电电路寸钽电容C10钽电容钽电容314231智能家居机器人的运动控制器K60的供电电压范围在1.3V~5V之内，但在实验过程中发现5V供电很容易烧坏控制器K60,所以最后确定在硬件中选用1.3V的电压来向控制器K60供电。考虑到控制器额定工作电流在0~50mA内，入的方案。AMS1117是一款正向低压差稳压芯片，输出电压精度在±1%以内，并且具有限流、过热切断的功能，最大输出电流达800mA⁵,完全符合以上三个模块的供电需求。其典型应用电路如图2.3所示，输出端使用10uF钽电容可以改善芯片的舒坦效应和输出稳定性。智能家居机器人采用大功率碳刷直流电机RS540为驱动动力，目前大功率直流电机大多采用达林顿管或MOS管搭制H桥，并使用PWM脉宽调制的控制方式，但是这种方法的缺陷是元件的体积较大，另外当控制电压急剧变化时MOS管比较容易烧损，再查阅相关方案后，最终选用了大电流半桥驱动芯片BTN7960来搭建H桥驱动电路，因为芯片稳定性高，而且元件体积比较小，更能满足本设计需求，其中H桥驱动方案的电路原理图见图2.4。₂NNNN0805电阻值得注意的