基于PSoC的智能吸尘机器人控制系统的设计

　　1引言

　　吸尘机器人作为服务机器人领域的一个新产品，结合了机器人和吸尘器技术，能在无人看守情况下轻松地完成室内环境的吸尘等清洁工作，越来越受到人们的欢迎。

　　目前国外在吸尘机器人研究开发方面已取得一定的成果，并有成品上市。如英国Dyson公司推出的DC06智能吸尘器，控制器由3台小型计算机控制，外部备有70个传感器;澳大利亚FloorBotics公司推出的V4型机器人，配有内置搜索雷达[1]等。国内也已有相关的研究，但与国外有较大差距。控制系统是机器人性能的关键部件之一，它在相当大的程度上决定了机器人的智能程度。为减小尺寸和降低功耗，吸尘机器人控制系统的设计应尽可能采用功耗小和集成化程度高的器件。

　　文中介绍的智能吸尘机器人控制系统是基于Cypress公司生产的PSoC(Programmable System on Chip)芯片CY8C 26643开发完成的。该芯片内部自带主振荡器，可提供24/48 MHz时钟，使控制系统具有较强的实时控制能力。该芯片具有相当高的集成度，内部集成了丰富的数字和模拟功能模块[2]，为控制系统的设计提供了灵活可重构资源，使得其硬软件 设计更加便捷。采用了多路红外传感器来感知外部环境信息，控制系统据此可自动识别室内可能出现的各种遇障情况，与市场上已有控制系统相比，实现了仅采用较少的元器件完成外围电路设计，并实现机器人自主吸尘、自动避障等功能。

　　2 控制系统硬件设计

　　图1为吸尘机器人控制系统的组成框图。该机器人为轮式移动机器人，移动机 构由2个后轮和1个前轮组成，两后轮由直流电机驱动，前轮为从动轮。片上系统CY8C 26643内部配置的PWM1、PWM2模块输出脉宽调制信号，经功率放大后驱动电机最终控制吸尘机器人的后轮;计数器1、计数器2模块分别用于计数来自安装在后轮的光电码盘信号，反馈后轮的速度和位移信息;A/D模块SAR6用于实时检测充电电池的电量，保证机器人的正常运作;定时器为配置的各模块提供时基，同时也为系统提供定时中断;接近觉传感器检测机器人的3个轮是否离地;多对红外传感器用于检测机器人外部环境信息，以作为自主清扫、自动避障 的判断依据，由PWM3控制发射管的工作;片上系统通过PWM4发送不同频率的脉宽调制信号，使扬声器发出不同的声音，以告知用户其工作状态，为机器人提供友好的人机交互。

　　2.1驱动部分

　　驱动部分作为吸尘机器人的主体，速度的控制精度直接影响到机器人的清扫性能。控制系统采用速度闭环控制，在两后轮上分别安装了光电码盘，CY8C 26643内部的8位计数器模块在一定周期内计数来自码盘的脉冲个数，通过一定的转换比例因子即可获得轮的实际转速和位移，以此作为反馈信息，调整8位PWM模块输出脉冲占空比，使机器人以期望的速度运行，最终实现速度的闭环控制。