背景
機(jī)器人玩具控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中對(duì)方向的控制尤其重要，直接體現(xiàn)了機(jī)器人玩具的控制精度和整體效果。在本文中要解決的問(wèn)題就是控制好機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向和球門(mén)之間的夾角，讓其能夠在運(yùn)行中實(shí)時(shí)地自我調(diào)整，準(zhǔn)確地把球送入球門(mén)。
本文的課題背景是一個(gè)機(jī)器人玩具的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主芯片采用的是以摩特羅拉公司的mc86ez328芯片，只完成與通信、運(yùn)算等有關(guān)的主要操作，在沒(méi)有操作時(shí)，由運(yùn)行于其上的操作系統(tǒng)uclinux來(lái)維護(hù)。對(duì)于所有與ez328的核心運(yùn)算、控制、通信、操作無(wú)關(guān)的外圍設(shè)備的維護(hù)和控制都通過(guò)一塊at89c52來(lái)完成，它與ez328的底層通信協(xié)議為同步串口協(xié)議（spi），在at89c52中由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。c52包含的部件主要是a/d轉(zhuǎn)換器，鍵盤(pán)接口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。硬件結(jié)構(gòu)電路圖如下圖1：
圖1
1、磁阻傳感器及其詳細(xì)采集過(guò)程
1.1磁阻傳感器hmc1022簡(jiǎn)介
機(jī)器人玩具的方向控制的核心部件就是hmc1022兩維磁阻微電路芯片，它的機(jī)構(gòu)是四臂的惠斯通電橋，將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為差動(dòng)輸出的電壓，可以檢測(cè)低至85微高斯的磁場(chǎng)信號(hào)，這種低成本的傳感器相比傳統(tǒng)型號(hào)的同類(lèi)產(chǎn)品具有更小的體積和更低的功耗。供電電源為3v-10v直流電壓。本設(shè)計(jì)中采用的hmc0122采用的是16腳soic封裝，集成了兩路的惠斯通電橋，測(cè)出平面的x軸和y軸的磁場(chǎng)信號(hào)，這樣就可以獲得水平面上方向的完整信號(hào)。
比較特殊的是honeywell公司的這種磁阻傳感器帶有一個(gè)獲得的置位/復(fù)位電路。
圖2和圖3分別是hmc1022內(nèi)部電橋和置位/復(fù)位電路電路設(shè)計(jì)。
圖2
圖3
1.2磁阻傳感器工作原理
hmc的輸出電壓為磁場(chǎng)強(qiáng)度為0時(shí)傳感器的輸出。所以當(dāng)u0為0時(shí)，uout正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度b。如圖4，假設(shè)機(jī)器人處于水平面上，x為機(jī)器人行進(jìn)方向，y為水平面上垂直x的方向向右（即x順時(shí)針轉(zhuǎn)90），地里北極方向和地磁北極方向如圖所示。h為地磁場(chǎng)，hx、hy分別是h在x、y方向的水平分量，β為機(jī)器人行進(jìn)方向和地磁北極方向的夾角，γ為地磁北極和地理北極方向的夾角，k就是機(jī)器人行進(jìn)方向與地理北極方向之間的夾角，也就是我們zui終要求的角度。（此處的β、γ、k都是由前者出發(fā)順時(shí)針到達(dá)后者的角度）由圖可明顯看出，k=β-γ。而在地球上不同方位的γ可查表得出，所以關(guān)鍵就是求得。由磁阻傳感器可以得出hx、hy，（此處忽略了機(jī)器人在z軸方向的傾斜，所以二維傳感器就夠用了），。
圖4
1.3磁阻傳感器信號(hào)采集模塊電路設(shè)計(jì)
從hmc1022輸出的電壓信號(hào)非常微弱，我的測(cè)試是0到3mv（具體每個(gè)芯片的輸出不是*一致）,需要經(jīng)過(guò)放大器的放大，放大器選用的是an622,放大倍數(shù)選定為600倍，這種放大器可以加上一個(gè)2.5v的偏置電壓，所以輸出到a/d的電壓為2.5v+（0～3mv）*600,兩路采集到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后連接到adc0832。adc0832是個(gè)兩通道8位精度的逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)一個(gè)串行的i/o口di輸入一個(gè)muxaddress序列，來(lái)配置a/d成差分方式并選擇哪一路通道的信號(hào)。2051通過(guò)一路i/o來(lái)串行讀入轉(zhuǎn)換后的數(shù)值。
用max662a作為rst/set部分的恒壓源，電路的工作原理及流程如下：
1.由2051的14端（p1.7）輸出高電平，sr電路set功能選通
2.通過(guò)2051p1各相應(yīng)端子控制adc0832，完成一次a/d轉(zhuǎn)換，記下此次讀入的電壓值vset。
3.2051的p1.7輸出低電平，sr電路reset功能選通
4.通過(guò)2051p1各相應(yīng)端子控制ad0832，完成一次a/d轉(zhuǎn)換，記下此次讀入的電壓值vrst
5.求出1022的輸出偏置電壓v0=（vset+vrst）/2。
6.通過(guò)2051控制ad0832完成a/d轉(zhuǎn)換，將每一次讀入的值vrst減去v0就得到計(jì)算需要用的電壓vread=vrst-v0;（包括兩個(gè)軸方向的電壓vready、vreadx）
7.求得
8.k=β-γ,goto6
經(jīng)過(guò)2051處理后得出的數(shù)值，在時(shí)鐘的配合下用一個(gè)i/o口模擬pwm輸出，傳給c52單片機(jī)。
2、結(jié)束語(yǔ)
整個(gè)電路設(shè)計(jì)作為機(jī)器人玩具的可加載模塊，在實(shí)際使用中的效果很好，對(duì)方向的分辯率*在5度以內(nèi)，從性價(jià)比來(lái)看，這種電路設(shè)計(jì)是比較成功的設(shè)計(jì)。