基于ARM和μC/OS-Ⅱ的移动机器人控制系统设计

　　μC/OS-Ⅱ操作系统是一个源码公开的嵌入式实时操作系统,由Jean J Labrosse开发,现在已经应用于多个领域,例如照相机、医疗器械、音像设施、发动机控制网络设备、高速公路电话系统、自动提款机、工业机器人等,很多高等院校将μC/OS-Ⅱ用于实时操作系统教学。

　　μC/OS-Ⅱ操作系统的源代码是公开的,如果用于非商业用目的,可以免费使用,而且操作系统的注释非常详细,便于学习。绝大部分μC/OS-Ⅱ操作系统的源代码使用ANSIC编写,和处理器硬件相关的部分代码用汇编语言编写。用汇编语言编写的部分代码只与移植有关,已经压缩到最低限度。因此通过修改汇编语言代码和其中小部分C语言代码可以把μC/OS-Ⅱ移植到很多处理器上[1]。

　　将嵌入式μC/OS-Ⅱ引入到移动机器人中,并能开发出良好的人机交互界面,从而以较低的成本实现移动机器人的复杂控制。

　　1　移动机器人控制系统框架

　　移动机器人主要由4部分组成:无线通信模块,主控制器,运动控制与传感模块,人机交互界面。移动机器人的系统框架如图1所示。

　　无线通信模块与主控制器通过串口相连,负责机器人与其他无线传感器节点间的通信。运动控制与传感模块负责采集机器人自身装备的电子罗盘和超声波环等传感器的信息,并能接收主控制器模块的命令,控制左右电机的转动,返回采集的传感器信息。它与主控制器也通过串口进行通信。超声波传感器环用于获取局部障碍物信息;电子罗盘用来判断机器人自身的方位。

　　主控制器模块对运动控制与传感模块和无线通信模块发送来的信息进行处理,并相应地返回一些处理结果和命令。另外,主控制模块还外接了一块带触摸屏的液晶显示设备。主控制模块通过该设备向用户提供了一个图形化的人机交互界面。用户可通过这个界面,查看机器人的运动状态信息以及收到的传感器信息,并能直接对机器人进行控制和设置等。

　　2　系统设计

　　2·1　运动控制与传感模块

　　块硬件框图如前所述,运动控制与传感模块负责接收并执行上位机即主控制模块的命令,返回移动机器人的状态信息,如速度、方位和周围障碍物的距离等等。该模块采用一片8位的PIC18F8520单片机作为微控制器,其硬件设计框图如图2所示。该模块的控制程序开始运行后,即将串口中断打开,当有数据到达时,就按照预先定义好的格式将其解析成正确的命令,然后调用相应的函数来执行;没有新命令时,该模块就不断地采集各个传感器的数据。

　　2·2　主控制模块

　　主控制模块基于三星S3C24l0微处理器进行开发。S3C2410微处理器为ARM920T内核,工作频率可达到203MHz。控制板上扩展了16MB的Flash和64MB的SDRAM,运行嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系统。接口上提供了3个串口、1个网口和1个带触摸功能的液晶屏。主控制模块硬件设计框图如图3所示。