引 言
    現(xiàn)有智能機(jī)器人用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輪時(shí)一般都是用單片機(jī)或者高速的DSP等進(jìn)行控制,，而且同一機(jī)器人往往需用多個(gè)CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)各自的功能，但隨著對(duì)機(jī)器人的智能化要求越來(lái)越高,，需要一種新的控制器(使用一個(gè)處理器)來(lái)滿足機(jī)器人的各種行為要求,，例如視頻采集、無(wú)線通信,。本文介紹的利用ARM實(shí)現(xiàn)的智能機(jī)器人平臺(tái),，為智能機(jī)器人的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)新方法。平臺(tái)采用的ARM9是基于三星公司的S3C2410處理器，主頻高達(dá)200 MHz,，支持藍(lán)牙,、觸摸屏以及USBHOST接口，可以傳輸高速圖像,。嵌入式Linux系統(tǒng)是一個(gè)多用戶操作系統(tǒng),，它允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)系統(tǒng)而不會(huì)造成用戶之間的相互干擾。另外,，Linux系統(tǒng)還支持真正的多用戶編程,，一個(gè)用戶可以創(chuàng)建多個(gè)進(jìn)程，并使各個(gè)進(jìn)程協(xié)同工作來(lái)滿足用戶的需求,。Linux的引入使其他智能模塊都以設(shè)備的形式存在,，只有在用戶需要的時(shí)候才調(diào)用相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)從而使數(shù)據(jù)融合更方便，運(yùn)行多任務(wù)也更穩(wěn)定,。
    利用ARM和嵌人式Linux作為智能機(jī)器人平臺(tái)具有很大的優(yōu)勢(shì),，但在國(guó)內(nèi)還未發(fā)現(xiàn)用該平臺(tái)開(kāi)發(fā)智能機(jī)器人的系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)完成了對(duì)該系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的初步編寫(xiě),，并通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證,，取得了良好效果。

1 驅(qū)動(dòng)電路及測(cè)速方法
1．1 總體結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)電路
    系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示,。

    本設(shè)計(jì)采用的LMD18200的真值表如表1所列,。通過(guò)ARM的I／0口(例如D口的DO～3)來(lái)控制電機(jī)的工作狀態(tài)。

1．2 測(cè)速方法
    ARM沒(méi)有捕獲外部脈沖的計(jì)數(shù)器,，它的定時(shí)器是用來(lái)計(jì)算內(nèi)部脈沖的,。碼盤(pán)輸出信號(hào)接外部中斷處理程序(EINTl)并設(shè)置上沿觸發(fā)變量，在中斷中設(shè)置一全局變量i,，用i++累加,。設(shè)置定時(shí)器timer0，使它O．36 s產(chǎn)生1次內(nèi)部定時(shí)器中斷,。當(dāng)一個(gè)定時(shí)器周期完成時(shí)引發(fā)定時(shí)器中斷,，在timer0中斷中讀出i的值，即得到O．36 s內(nèi)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的脈沖數(shù),；接著將i清零,，為下一個(gè)定時(shí)器周期捕獲脈沖作準(zhǔn)備,。此時(shí)timer0自動(dòng)重載,，下一次碼盤(pán)計(jì)數(shù)開(kāi)始。
1．3 測(cè)量精度分析
    智能機(jī)器人選用的光碼盤(pán)精度為256線,，即256脈沖／轉(zhuǎn),。電機(jī)減速比為1：71，車(chē)輪半徑R為6 cm，車(chē)輪間距為41．1 cm,。車(chē)輪轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的脈沖數(shù)n=71×256=18 176,，可以得到每個(gè)脈沖之間的距離d=27πR／n=2×3．14×0．06／18 176=0．207×10-4m，即每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的控制精度達(dá)0．02 mm,?？紤]到負(fù)載變化(例如負(fù)載變化車(chē)輪變形等機(jī)械誤差)的影響，理論值與實(shí)際值會(huì)出現(xiàn)誤差,，因此在控制精度d前乘以一個(gè)修正系數(shù)k,。表2為機(jī)器人直線行走的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，k為1．10誤差較小，最接近真實(shí)值,，因此該值就是所需的比例系數(shù),。

2 速度調(diào)節(jié)
    一般的PID調(diào)節(jié)，當(dāng)偏差E較大時(shí)(如啟動(dòng)或大幅度提速時(shí)),，由于積分的作用會(huì)產(chǎn)生很大的超調(diào)量,，使系統(tǒng)振蕩，因此選用積分分離的方法,，開(kāi)始時(shí)取消積分作用,，直到被調(diào)量相差不多時(shí)才引入積分作用。具體步驟如下：
    ①設(shè)定一個(gè)值a>0,，E(m)一R(m)一M(m),，其中R(m)為給定值，M(m)為測(cè)量值,；
    ②當(dāng)E(m)≥a時(shí),，采用PD控制，可以避免過(guò)大的超調(diào),，又可以使系統(tǒng)有較快的響應(yīng),；
    ③當(dāng)E(m)≤n，即偏差值E(m)比較小時(shí),，采用PID控制,，可以保證系統(tǒng)的精度。

    使用積分分離方法后顯著降低了被控變量的超調(diào)量并縮短了過(guò)渡時(shí)間,，使調(diào)節(jié)性能得到改善,。

3 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)如圖2、圖3,、圖4所示,。

    設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核與機(jī)器硬件之間的接口。它作為應(yīng)用和實(shí)際設(shè)備之間的軟件層，為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié),。對(duì)于應(yīng)用程序,，硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作,。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是Linux內(nèi)核的一部分,，它實(shí)現(xiàn)以下的功能：對(duì)設(shè)備初始化和釋放，把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù),，讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù)據(jù),，檢測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用到的結(jié)構(gòu)如下：

    設(shè)備打開(kāi)的時(shí)候就會(huì)調(diào)用dcmotor__open函數(shù)進(jìn)行申請(qǐng)中斷號(hào),。帶內(nèi)存管理的單元的地址映射,，設(shè)置B端口的2、3引腳為PWM輸出,，端口D配置為電機(jī)使能剎車(chē)制動(dòng)引腳,。

    以下所有的函數(shù)都是在ioctl()中實(shí)現(xiàn)的。在Dcmo—tor_Start里調(diào)用timer0_2_3_start(),，設(shè)置timer0為接收兩路電機(jī)的碼盤(pán)信號(hào),，并檢測(cè)電機(jī)速度；timer2,、timer3提供2路PWM輸出,，并設(shè)置定時(shí)器自動(dòng)重載。具體實(shí)現(xiàn)如下：

    Select_Speed可以動(dòng)態(tài)選擇要運(yùn)行的速度,。它是用戶的接口,，用戶可以調(diào)用該函數(shù)把速度值傳到驅(qū)動(dòng)從而控制電機(jī)。例如,，在應(yīng)用程序中執(zhí)行ioctl(fdl,，

timer0中斷是核心程序，它可根據(jù)PID的調(diào)節(jié)值來(lái)改變占空比,。為了便于隨時(shí)改變占空比的值可定義兩個(gè)全局變量tmp2,、tmp3，通過(guò)把它們的值寫(xiě)入TCMPB來(lái)改變占空比,。

    在All_Forward,、All_Back、All_Stop中,，通過(guò)設(shè)置端口DO～3的高低電平,，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退,、停止,；在Left_Curve、Right_Curve中,，設(shè)置左右輪的旋轉(zhuǎn)方向,，使兩輪旋轉(zhuǎn)方向不同，再根據(jù)差速在應(yīng)用程序中給定預(yù)定時(shí)間,，以達(dá)到轉(zhuǎn)彎效果,。

4 結(jié) 論
    利用ARM和Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人的閉環(huán)控制是可行的，而且可以充分利用ARM的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)其他智能模塊的擴(kuò)展,。