RFID导购机器人导航与控制系统的设计研究

本文采用了无线射频识别技术、红外线距离传感技术和地磁感应电子罗盘相结合的方法，设计出了一种基于DSP控制的信息融合的自主移动的机器人的导航与控制系统。
并且在设计的过程中根据实际情况的需要，对传统的红外避障传感器进行了一些改进，同时，对信息融合状态下的DSP系统的驱动架购设计，作出了一些研究和论述。给出了小型机器人的运动控制的驱动电路的设计。最后，对这种架构下的自行设计出来的机器人，在超级市场中进行了实际的稳定性测试。

1前言

随着科学技术发展和人民生活水平提高，机器人已经开始进入了人们的生活中。这个时代的来临，出现了各种新型机器人，如清扫机器人、安防机器人。移动机器人的最重要的部分之一：导航系统，更加引起机器人领域的关注。机器人导航系统对许多机器人应用领域至关重要如：智能仓库，超市导购，家用机器人，自动化图书馆，智能医院等。比较普遍的是寻线机器人。作者在读研期间，多次参加这类机器人比赛和设计。实际设计中发现：因为受到固定线的限制，这种体系并不能实现真正意义上的全方位的自主运行。另外，这种方法受到光的影响很大，不能实际的应用与生活中。线在地表也会影响地面美观。在经过充分的文献查找和思考后提出了一种新的机器人导航系统，把RFID，地磁感应，DSP等技术融合。进行了实际的系统硬软件设计和稳定性测试。

2 导航硬件系统

我们开发的硬件系统主要由：DSP核心板,RFID板,系统主板，电子罗盘，驱动板构成。

2.1 DSP核心板

我们自行设计的DSP系统采用TMS320F2812为核心，2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片。核心采用高速的处理机，主要是考虑以后对于系统的二次开发。以及方便算法的移植。指令系统最高可在150MHZ主频下工作，并带有18k的0等待周期片上SRAM和128k片上存取时间为36ns FLASH。其片上外设主要包括ADC、双SCI、SPI、McBSP、eCAN等，并带有事件管理模块（EVA、EVB），分别包括6路PWM/CMP、2路QEP、3路CAP、2路16位定时器。其中的双SCI可以一路接传感器一路接PC及时输出调试信息。16位的PWM可以实现精细的调速。CAP等方便了与传感器的接口。最大输入为3V的16路、12位,转换时间为80ns的ADC可以同时接16路距离传感器。2812拥有16×16位双乘法累加器，可以为处理射频和地磁方向信号提供足够的处理速度。由于2812核心电压（1.8V）和起振频率的特殊性，此核心板采用无源晶振。

核心板采用TPS767D318双路输出低压降LDO。提供双电源，保证了核心电压1.8V的稳定供给。TPS767D318有高速的瞬态响应，专用于DSP，最大可以提供1A的电流。可以实现对IO和核心的分时复位。有上电复位功能，低压保护功能，其复位延迟时间为200ms。有过热保护功能。最大功率计算可以用式1计算。

(1)

其中TJMAX是最大允许温度，根据经验一般TPS767D318为125度左右。TA是环境温度。 RθJA是连接阻抗。对于28管脚通常为27.9°C/W。实际的功耗可由式2计算，其中VI和VO分别为输入输出电压，IO为输出电流。

(2)

在外围电压滤波方面采用多级坦电容（104和220uF）并联的方式。这样的设计可以产生低ESR的效果。根据经验，在频域，104能极大的滤除高频干扰，而220uF能够最佳程度的降低电压的低频干扰。

2.2 系统主板与传感模块

关于电源，系统采用12V锂电池供电，采用三端正电压调节器调节电压。内部集成功率保护。输出电流可以达到1A。输入耐压可以到达30V。提供充电接口，通过开关进行控制，电路板上留有接口,可以对锂电池进行充电。

定位装置采用射频技术（RFID）。RFID已经成为一个热门的技术。最近沃尔玛通过了一项要求其前100家供应商在2005年1月之前向其配送中心发送货盘和包装箱时使用RFID技术，2006年后逐步在单件商品中使用这项技术的决议。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。最基本的RFID系统由三部分组成：标签、阅读器、天线。按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1厘米)、近耦合卡(作用距离小于15厘米)、疏耦合卡(作用距离约1米)和远距离卡(作用距离从1米到10米，甚至更远)。本系统采用近耦合卡。射频模块与2812的SCIA口进行通讯。通过对数据流进行解码，判断机器人的位置。

接着是红外避障模块。一般机器人的避障可以采用红外反射的方法，这在机器人比赛中比较普遍。GPIO控制红外线的发射，