1、毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究0基于 DSP的变电站巡检机器人系统以及定位控制算法的确定毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究1目录摘要： .3关 键 词： .3ABSTRACT： .4KEYWORDS:.4绪论 .4第一章 DSP 的简介 .61.1.TMS320F281x处理器的主要特点 .61.2 C281xCPU内核组成 .71.3 C281x外设简介 .10第二章 机器人总体结构的介绍 .142.1机器人机械结构的简介 .142.2机器人控制系统结构的简介 .14第三章 机器人运动控 制系统总 体方案的设计 .163.1常用控制方案的简介 .163
2、.2 针对全向轮式机器人控制方法的概述 .18第四章 全向轮 式巡检机器人定位算法的设计 .194.1机器人几种定位方式的简介 .194.2 本次设计的一些背景 .194.3 算法的提出与论证 .204.4 算法的不足与该进 .24第五章 几种全向轮驱动方 式的比较 .265.1三种不同的驱动方式的简介 .265.2 在不同的驱动的方式下驱动表达式的推导 .275.3 三种驱动形式优缺点的比较 .365.4 最终驱动形式的确定与原因 .36第六章 全向轮式机器人的控 制算法的设计 .376.1基本想法的简介 .376.2 PID控制方法简介 .386.3位置式 PID 控制 .39毕业论文设计
3、基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究2第七章 结果与展望 .447.1总结 .447.2 展望 .44致谢 .45参考文献 .46附录 .47毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究3摘要：变电站设备种类繁多，各类设备的安全运行对整个输变电系统的安全有重大影响，为保证变电站设备的安全运行，需对设备状态进行检测。针对上面出现的情况设计了相应的巡检机器人控制系统，并且研究了相应的定位和控制算法，该机器人控制系统式基于 DSP2812系列芯片。采用光电传感器矩阵为定位检测元件，检测相应的路径。本文重点讨论了利用光电传感器矩阵来获取机器人位置信息的算法。该机器人采用全向轮驱动，本文还针
4、对几种不同的驱动方式讨论了各个方案的有优缺点，并根据本机器人的工作环境和设计要求选择了一种适合的方式。在此基础上得出了机器人的控制算法，利用 PID控制原理，讨论了如何控制各个驱动轮来走设定的轨迹线。最终得出基于 DSP的巡检机器人最优控制方法。关 键 词：变电站，巡检机器人，DSP2812，PID 控制算法，全向轮，驱动方式毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究4ABSTRACT：There are kinds of facilities in a transformer station，the safty of all facilities are very importan
5、t to the safty of transformer station，we have to make arounds of inspection to insure the safty of all kinds of facilities of the transformer station.This article design a system of controling as a way to solve the problem,some kinds of algorithms are also designed to solve the problem,we call them
6、situated and leading algorithm.This robot is based on DSP2812,uses photocells to form a photocall-matrix to check the route it follows.This article pays attention on the algorithm how to use the photocall-matrix to get the accurate message of the situation of the robot.The robot is drived byfree-whe
7、els.So this article also study the different kinds of methods of driving.Forthermore this article compared the all the methods, and we select a best one as our choose to drive the robot.The specical algorithm is designed to suit the driving method.PID controling method is applied in the algorithm.Co
8、nsidering the situated method we work out a final plan on how to control the robot.KEYWORDS:transformal station,patrol robot,DSP2812,PID algrithm,Omni wheel Soccer Robot，driving method.绪论毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究5随着科技进步和电力体制改革的不断深人发展,电力系统自动化程度已有很大提高,变电站值班也逐渐趋于无人化或少人化。变电站设备的电气信号可以通过监控与数据采集系统、高压设备绝缘检
9、测、继电保护等装置获得,而实现了变电站主设备的远程监控,即“四遥 ”遥测、遥信、遥控、遥调功能。但是,“四遥 ”在一定程度上忽略了事后对事故发展的准确判断并降低了对事故处理的快速反应能力。一旦变电站发生异常,调度人员必须先通知分局变电运行班有的称为操作队赶到现场了解真实情况、事故波及设备范围,再由变电运行班人员向调度员、分局领导汇报,分局才组织维护班或检修公司进行抢修 。人员不到变电站就无法准确了解或根本不掌握现场详细情况,这样一来一往,大大延误了排除缺陷的时间,影响了供电局的售电量和服务承诺。因此,很多变电站增加了“第五遥”遥视功能,即在变电站内安装摄像机及各类探头,将无人值班变电站的防火、
10、防盗以及设备运行、发热和事故直观情况及波及范围,通过站内电话线或光纤等通道传到调度所,以便调度人员做出正确的决策。虽然这种远程监视实现了图像、声音信号的数字化以及远距离传送,为解决变电站远程多媒体监控系统提供了全面的技术支持,但是,这种远程监视只是将变电站的多媒体信息上传,不进行处理,又由于每个可见光电荷耦合器件摄像机视野的限制、网络通信带宽有限等,制约了远程监视的推广应用。毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究6第一章 DSP 的简介数字信号处理（简称 DSP）是一门涉及多门学科并广泛应用于很多科学和工程领域的新兴学科。 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信
11、号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。 数字信号处理是以众多学科为理论基础，所涉及的范围极其广泛。如数学领域中的微积分、概率统计、随机过程、数字分析等都是数字信号处理的基础工具。它与网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等密切相关。DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing）,也可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor）。前者是理论和计算方法上的技术,后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器芯片。 数字信号处理器（DSP）是一种特别适合于
12、进行数字信号处理运算的微处理器，主要用于实时快速实现各种数字信号处理的算法。 在 20世纪 80年代以前，由于受实现方法的限制,数字信号处理的理论还不能得到广泛的应用。直到 20世纪 80年代初，世界上第一块单片可编程 DSP芯片的诞生，才使理论研究成果广泛应用到实际的系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。可以毫不夸张地讲，DSP 芯片的诞生及发展对近 20年来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。 .1.1.TMS320F281x处理器的主要特点数字信号处理（Digital Signal Processing，简称 DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴
13、学科。20 世纪 60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究7数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部优点： (1) 接口方便。DSP 系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，与这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易得多； (2
14、) 编程方便。DSP 系统中的可编程 DSP 芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级； (3) 稳定性好。DSP 系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高； (4) 精度高。16 位数字系统可以达到 510-的精度； (5) 可重复性好。模拟系统的性能受元器件参数性能变化比较大，而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于测试、调试和大规模生产； (6) 集成方便。DSP 系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。 当然，数字信号处理也存在一定的缺点。例如，对于简单的信号处理任务，如与模拟交换线的电话接口，若采用 DSP 则使成本增加。DSP 系统中的
15、高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题，而且 DSP 系统消耗的功率也较大。此外，DSP 技术更新的速度快，数学知识要求多，开发和调试工具还不尽完善。 虽然 DSP 系统存在着一些缺点，但其突出的优点已经使之在通信、语音、图像、雷达、生物医学、工业控制、仪器仪表等许多领域得到越来越广泛的应用。 1.2 C281xCPU内核组成为了快速地实现数字信号处理运算，DSP 芯片一般都采用特殊的软硬件结构。下面以 TMS320 系列为例介绍 DSP 芯片的基本结构。 TMS320 系列 DSP 芯片的基本结构包括：（1）哈佛结构；（2）流水线操作；（3）专用的硬件乘法器；（4）特殊的 DSP 指令；（
16、5）快速的指令周期。 毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究8外部管理数据总线外部管理地址总线数据总线数据地址总线程序数据总线程序地址总线CPUI/O口口ROM串行接口串行接口RAM并行接口外部存外部存 储储器接口器接口图 1.2 哈佛结构外部管理数据外部管理数据 总线总线外部管理地址外部管理地址 总线总线数据数据 总线总线数据地址数据地址 总线总线程序数据程序数据 总线总线程序地址程序地址 总线总线图 1.3 TMS320F281x 系列 DSP 功能框图C281x内核主要包括中央处理器单元（CPU），测试单元和存储器及外设接口单元三个部分。CPU 单元完成数据/程序存储器的访
17、问的产生，译码和执行指令。算术，逻辑和移位操作，控制 DSP的各个部分及运算状态，以方便调试。而接口信号单元完全是存储器，外设，时钟，CPU 以及调试单元之间的信号通道。CPU单元主要包括以下几个面，如下图所示：毕业论文设计基于 DSP 的巡检机器人的有关问题研究9图 1.3算术逻辑单元（ALU）： 32位 ALU完成 2的补码的算术运算和布尔运算。通常请况下，中央处理器单元对以用户是透明的。例如，完成一个算术运算，用户只需要些写一个命令和相应的操作数据，读取相应的结果寄存器的数据就可以了。乘法器：乘法器完成 3232的 2的补码的乘法运算，产生 64位的乘法器能够完成两个符号数，两个无符号数或一个符号数和一个无符号数的乘法运算。移位器:完成数据的左移或右移操作，最大可以移 16位，在 C281x的内核中，总计有 3个位移寄存器：输出数据定标位移寄存器，输出数据定标寄存器和乘积定标位移寄存器。寻址运算单元（ARAUj）：主要完成数据存储器的寻址运算以及地址的产生。
