单核低速两轮微微鼠冲刺控制器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种微微鼠(PIC0M0USE)自动控制系统，属于微型迷宫机器人领域。
【背景技术】
[0002]微电脑鼠是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走机器人，在国外已经竞赛了将近30年，其常采用两轮结构，两轮微电脑鼠二维结构如图1所示。微电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速地到达所设定的目的地，图2中便是微电脑鼠求解的迷宫中的一种。
[0003]随着微电子技术、计算机控制技术的不断进步，国外专家在微电脑鼠求解迷宫的技术基础之上提出了一种更具有挑战性的迷宫机器人一微微鼠，为了增强迷宫复杂程度以及求解迷宫的难度，迷宫挡墙由原有的180mm变成了 90mm，原有的迷宫由16*16格变成了32*32格，新的迷宫二维结构如图3所示。电源一旦打开，微微鼠全程完全依靠自身携带的传感器自动导航，并求解由1024个迷宫格组成的各种复杂迷宫，能够快速从起点找到一条到达设定目标点的最佳路径，然后以最快的速度冲刺到终点。作为一种自助导航智能机器人，因为通过无线装置可以向控制器输入迷宫信息，微微鼠或者微电脑鼠比蹇国际准则拒绝使用无线装置，为了能够得到微微鼠或者是微电脑鼠探索、冲刺后的信息，只能通过算法快速寄存并储存其行走信息，当完成任务后通过控制器的RS-232串口或者是USB等接口读取存储信息。
[0004]微微鼠在迷宫中冲刺过程中要时刻判断周围的环境，然后传输参数到控制器，由控制器反复控制其在迷宫方格中精确的加速和减速冲刺运动。一只优秀的微微鼠必须具备良好的感知能力，有良好的行走能力，优秀的智能算法，否则将无法完成迪迴任务。微微鼠迷宫冲刺技术综合了多学科知识，对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和创新能力，促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助，并且微微鼠迷宫冲刺技术的开展可以培养大批相关领域的人才，进而促进相关领域的技术发展和产业化进程。
[0005]微微鼠求解迷宫是国际新兴的一门技术，由于微微鼠迷宫冲刺技术的难度较高以及迷宫设计的复杂性，导致国内还没有研发此机器人的单位。如果认为微微鼠只是微电脑鼠的简单拷贝，按照微电脑鼠技术来设计微微鼠，在实践中发现设计出的微微鼠存在下列问题:
1、由于求解迷宫数目的大量增加，原有的微电脑鼠求解迷宫技术无法用于微微鼠求解现有的复杂迷宫。
[0006]2、由于微微鼠的尺寸相较于微电脑鼠的尺寸大幅减少，如果微微鼠采用图1中撤电脑鼠的六组传感器技术，经常出现传感器相互干扰的状况，导致其读取迷宫信息失败。
[0007]3、基于轮式的微微鼠只能被动的适应迷宫地面的打滑程度，随着微微鼠冲刺速度的提高，其打滑概率也极大增加，导致迷宫冲刺失败。
[0008]4、由于迷宫挡墙尺寸的减少，使得微微鼠冲刺单格运行的距离减少，频繁的刹车和启动加重了单片机的工作暈,采用单片机技术的微微鼠已经无法满足快速启动和停车的要求。
[0009]5、对于两轮驱动的微微鼠来说一般要求驱动其运动的两个电机PffM控制信号要同步，受计算能力的限制单一单片机伺服系统很难满足这一条件，微微鼠在直道上行驶时不能准确的行走在迷宫单格设定位置上，在冲刺时很容易撞到迷宫挡墙，导致任务失败。
[0010]6、由于受单片机容量和算法影响，微微鼠无法存储迷宫信息，当遇到掉电情况时所有的迷宫信息将消失，这使得微微鼠无法获得冲刺路径而最终无法完成冲刺任务。
[0011]7、微微鼠在冲刺时，易于受到外界干扰，由于没有进行及时补偿导致微微鼠碰撞迷宫挡墙，最终无法完成任务。
[0012]8、微微鼠在冲刺过程中，一旦遇到撞墙情况都会发生电机堵转情况，造成电机瞬间电流过大，严重时烧坏电机。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是借助现有的先进控制技术以及先进控制芯片提供一种单核低速两轮微微鼠冲刺控制器，满足初级者学习等方面的需要且解决现有技术中的诸多问题。
[0014]本发明采用的技术方案是:单核低速两轮微微鼠冲刺控制器，包括STM32F4控制器、L6207D芯片、电池、第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5、第四传感器S6、陀螺仪Gl、第一电机X、第二电机Y、第三电机M、陀螺仪Gl、电流传感器和真空装置，电流传感器与L6207D芯片信号连接且与STM32F4控制器信号连接，STM32F4控制器与L6207D芯片信号连接，第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6均位于两轮微微鼠上表面的一侧、其中两个传感器信号发射方向与车轮行进方向相同、另外两个传感器信号发射方向与车轮行进方向间有一定夹角，所述三个电机中的其中两个电机分别与两轮微微鼠的两个车轮一一对应连接、另一个电机与真空装置连接，L6207D芯片与两个车轮所对应的两个电机信号连接，与真空装置连接的电机与STM32F4控制器信号连接，所述陀螺仪Gl与STM32F4控制器信号连接，当微微鼠使用时所述STM32F4控制器控制陀螺仪处于开启状态且控制真空装置处于开启状态、当检测到微微鼠速度增加或减少时相应的对真空装置的吸力进行调节。
[0015]作为本发明的进一步改进，第一传感器SI的传感器信号发射方向与第二传感器S2的传感器信号发射方向间的夹角大于等于75°且小于等于90°、第三传感器S5、第四传感器S6的传感器信号发射方向间的夹角大于等于75°且小于等于90°。
[0016]作为本发明的进一步改进，与两个车轮对应的两个电机为第一电机X、第二电机Y，第一电机X、第二电机Y均为永磁直流电机，驱动真空装置的电机为第三电机M且第三电机为直流电机。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述的STM32F4控制器为STM32F407控制器，第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6均包括红外发射传感器0PE5594A和红外接收器TSL262。
[0018]本发明为克服单片机不能满足微微鼠在复杂迷宫下的冲刺要求，参考国产微电脑鼠所采用的单机工作模式，在吸收国外先进控制思想的前提下，自主研发了基于STM32F4的两轮微微鼠全新冲刺控制模式，程序框图如图5所示:控制板以STM32F4为处理核心，实现微微鼠冲刺时数字信号的实时处理，并实现对两轴驱动控制芯片L6207D的使能控制，两轴驱动控制芯片L6207D用于控制两个与车轮对应的电机且电流传感器把检测电流输入到L6207D的SENSEA和SENSEB来对电机进行限流控制。STM32F4直接控制与真空装置连接的电机，快速响应中断，实现数据通信和存储实时信号，
STM32F4系列除引脚和软件兼容高性能的F2系列外，F4的主频(168MHz)高于F2系列(120MHz),并I持单周期DSP指令和浮点单元、审大的SRAM容量(192 KB, F2为128 KB)、512KB-1MB的嵌入式闪存以及影像、网络接口和数据加密等更先进的外设。STM32F4系列基于最新的ARM Cortex M4内核，在现有出色的STM32微控制器产品组合中新增了信号处理功能，并提高了运行速度:STM32F405x集成了定时器、3个ADC、2个DAC、串行接口、外存接口、实时时钟、CRC计算单元和模拟真随机数发生器在内的整套先进外设。这些性能使得F4系列可以较容易满足控制和信号处理功能混合的数字信号控制需求。高效的信号处理功能与Cortex-M处理器系列的低能耗、低成本和易于使用的优点的组合，使得其可以为多轴电动机控制提供灵活解决方案。这些特点使得STM32F407特别适合微微鼠三轴伺服系统的信号处理。
[0019]L6207D芯片梁用双DMOS全桥设计，并在同一芯片h实现了隔离DMOS功率晶体管、CMOS和双极件电路抟术，工作电压为8~52V,输出峰倌电流为5.6A,工作频率高汰10KHz,具有非耗散过流保护、热关断、欠压锁定等保护功能。在电机控制应用中，可以同时驱动两个直流电机，其常用的封装是S024,如图4所示，L6207D上设有0UT1A、0UT2A、OUTIB,0UT2B、EnA、EnB、SENSEA 和 SENSEB 等。6207D的 23脚和 14脚 EnA, EnB是伸能棹制端，分别棹制永磁直流电机X和永磁直流电机Y的停转。L6207D的I,2,11,12脚接STM32F407的输入脚，由STM32F407棹制L6207D的0UT1A, 0UT2A和0UT1B, 0UT2B的电平，通讨不同的电平组合控制电机X和电机Y的正反转。
[0020]本发明的有益效果是:
1、在微微鼠快速冲刺过程中，充分考虑了电池在这个系统中的作用，基于STM32F4控制器时刻对微微鼠的运行状态进行监测和运算并且直接控制与真空装置连接的电机，由于L6207D内部集成了电流采集电路，并时刻对与两个车轮对应的电机的电流进行采集，从根本上避免了大电流的产生，所以解决了大电流对锂离子电池的冲击，避免了由于大电流放电而引起的电池过度老化现象的发生。
[0021]2、由STM32F4处理微微鼠冲刺过程期间第一电机X、第二电机Y、第三电机M的独立伺服控制，使得控制比较简单，大大提高了运算速度，解决了单片机软件运行较慢的瓶颈，缩短了开发周期短，并且程序可移植能力强。
[0022]3、本发明为了减少微微鼠的体积，基本实现全贴片元器件材料，实现了单板控制，节省了控制板占用空间。