T NOLO GY TR N D
移动机器人的研究始于上世纪60年代末期，随着嵌入式技术、传感器技术以及信息处理技术的发展，移动机器人已被广泛应用于工业、农业、医疗、保安巡逻等行业，载人移动机器人应运而生。本文介绍的是基于MEMS (微电子机械系统)器件和T MS320LF2407的单轴双
1系统框架
系统由陀螺仪、加速度计、DSP (数字信号处理器)、数模转换器和电机驱动器构成。陀螺仪和加速度计用来采集姿态信息，如：角速度、角度等;DSP 作为主控芯片用来处理各种数据，实现各种功能；数模转换器(TL V 5616)将主控芯片输出的控制信号转换成模拟信号供给电机驱动器，以实现车体的各种操作。 1.1陀螺仪ADIS16100
A DIS16100是AD 公司提供的具有SP I (串行外设接口)、角速度
传感器的单轴陀螺仪。模拟电源(VCC )
的噪声会影响陀螺仪的精确性
和稳定性，因此其内部在V CC 引脚上有一个退偶电容，根据电源噪声的情况，外部可以不加退偶电容。ADIS16100设有SPI 逻辑电压驱动引脚(V DRIVE )是为了兼容3.3V 和5V 两个逻辑电压标准(V DRIV E 接3.3V 或5V )，并且V DRIV E 内部没有退偶电容。陀螺仪ADIS 16100的量程范围和频带宽度都可通过外接电阻或电容来改变，除此之外,
A DIS16100还有一个内部温度传感器和两路12位ADC 输入。
1.2加速度计MMA 7260
MMA7260是美国Fre e scale 公司推出的一款低功耗、三轴、微
机械加速度传感器。该微型电容式加速度传感器具有信号调理、单极低通滤波和温度补偿的技术特点，并可以通过两个g-se lec t 引脚来选择四种灵敏度。该三轴加速度计提供一个睡眠模式，当SLEEP 引脚被拉低,MMA 7260进入睡眠模式，此时三轴输出关闭，工作电流降低到3 A 。当SLEEP 引脚被拉高后，加速度计恢复到正常工作模式。
1.3DAC TL V5616
T LV 5616是具有四线串行接口的十二位的数模转换器，它的串行
接口与TMS 320的SPI (串行外设接口)、QSPI (同步串行接口)
等接
口兼容。TLV 5616每次转化的数据长度为十六位，包括四个控制位和十二个数据位，其供电电压范围很大，可以正常工作在2.7V -5V ，即支持3.3V 和5V 两个标准。TL V 5616的电压输出范围由外部输入的参考电压决定: V out =2*ref*code
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1.4DSP TMS320L F2407
T MS320LF2407是美国TI 公司推出的，专为数字电机控制和其他控制应用系统而设计的一款高性能、低功耗、高性价比的16位定点DSP (数字信号处理)芯片。TMS 320LF2407内部有许多模块，其中
包括十六个通道的ADC (模数转化)模块和4个引脚的SPI (串行外
设接口)
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模块。
其A DC (模数转化)
模块是一个具有十六个输入通道、快速的、
多触发源的、具有自动排序功能的十位模数转化模块。A DC 模块的特性包括以下几点)自动排序能力。D 模块中有两个独立的排序器(S Q 和
SEQ2)，两者可以独立工作在双排序器模式下，也可以级联成一个大的
排序器工作在单排序器模式下。
2)四个通道选择寄存器。在一个给定的转化模式中，四个通道选
择寄存器决定任何一个输入通道的转化次序。
3)连续和启动/停止两种工作方式。排序器在连续模式中只能触
发一次；而在启动/停止模式中，可以在不同的时间多次发出触发信号，以确保转化同步。
4)四种触发源。包括软件触发、事件管理器A 和事件管理器B 中
的多个触发源触发、外部(ADCSOC 引脚)触发，其中事件管理器A
和事件管理器B 只能在双排序器模式下分别触发排序器1(SEQ1)
和
排序器2(S EQ2)。
5)校准模式。在校准模式下，排序器不再工作，十六个输入通道
也不再连接到A D 转换器，连接到转换器的两个信号由控制寄存器控制。校准模式能够计算零点、中间点和整个量程的偏差，偏差以双补码的形式储存到校准寄存器，并在每次转化之后，写到结果寄存器之前自动校准转化值。
6)灵活的中断控制。在每一次转化完成或每隔一次转化完成之后
都可申请中断处理。
其S PI (串行外设接口)
模块是一个高速、同步、字节长度(1～
16Bi t )和位传输速度可编程的串行外设接口。
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2硬件系统设计
双轮车的每一个轮子都有一个驱动器，驱动器通过接受的模拟信号来控制轮子的转速。实际工作中，双轮车需要陀螺仪和加速度计来采集数据，经DSP 来处理数据，通过两个数模转换器来分别控制两个轮子的转速以实现车体转弯等各种动作。
在电路设计时，应该注意以下几点:
1)设置电源等工作状态指示灯，明确车体当前所处的工作状态;
2)设置加速度计灵敏度选择开关，考虑到加速度计内部的开关电
容滤波电路的噪声，在其每个输出端需设计RC 滤波电路来减小噪声;
3)由于主控芯片TMS320L F2407工作电压是3.3V ，所以陀螺仪SPI (串行外设接口)的工作电压也应该为3.3V ，因此在V DRIV E 引脚
红外线测速仪设计电压转换电路，以方便V DRIVE 在3.3V 与5V 之间转换;
4)考虑到ADIS16100和TL V5616的串口引脚功能以及DSP
(数字信号处理器)
SPI 接口的复用，将陀螺仪的CS 引脚接DSP 一个
I/O 端口，而TLV 5616的FS 引脚接S PISTE ,CS 引脚接DSP 另一个I/O 端口;
5)为避免动力电的干扰，要在ADIS16100和T LV 5616的串口
之间设计光电隔离电路;
6)由于我们自制的电机驱动器所接收的模拟信号在0-3.3V 之间，所以TL V5616的输出OUT 信号可直接供给电机驱动器。
3软件设计
软件部分完成的是数据采集、D/A 转化、数据处理以及人机交互等功能。根据软件的功能可以把软件划分为数据采集、数据处理、人机交互等几个模块。采取模块化编程为双轮车的功能扩展提供了方便。
游戏同步器以IO 和IO 分别控制陀螺仪(DIS 6)和D (566)
的使能引脚,S I 发送和接受数据的语言描述如下基于
MEMS 器件和DSP
的单轴双轮自平衡代步车
控制系统的设计
杨江波
程
凯
(中国海洋大学信息学院光电子实验室，山东青岛
266100)
[摘
要]
移动机器人的研究始于上世纪60年代末期，随着嵌入式技术、传感器技术以及信息处理技术的发展，移动机器人已被广泛应用
于工业、农业、医疗、保安巡逻等行业，载人移动机器人应运而生。[关键词]
MEMS ;DSP 姿态控制；陀螺仪；加速度计
拉画笔应用科技
5E C H E :
1A C E 1P E 1P E 2A 1100A C
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1
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