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研究生: 林敬喬
Ching-Chiao Lin
論文名稱: 雙輪機器人DSP嵌入式系統之研製
Design of DSP-Based Embedded System for Wheeled Robot
指導教授: 邱士軒
Shih-Hsuan Chiu
口試委員: 邱顯堂
Hsien-Tang Chiu
李俊毅
Jiunn-Yih Lee
溫哲彥
Che-yen Wen
呂全斌
chuan-pin Lu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 材料科學與工程系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 90
中文關鍵詞: 嵌入式系統雙輪機器人數位訊號處理器
外文關鍵詞: Embedded System, Wheeled Robot, Digital Signal Processor
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  • 在本文中主要針對雙輪機器人系統所需之功能,設計了由DSP(Digital Signal Processor)為核心的嵌入式系統。在本研究中所使用的嵌入式系統透過陀螺儀、傾斜計等感測器,測量雙輪機器人的角度變化,並經由控制理論使馬達做出相對應的動作,使雙輪機器人系統能保持於平衡狀態。此嵌入式系統主要使用TMS320F2812晶片為核心,硬體方面整合了電源電路、訊號處理電路、外部記憶體與通訊介面等功能,在韌體方面則整合了控制理論、數位濾波、直流馬達控制等功能。
    本文內容中將詳述硬體的規格與製作過程,在最後的實驗中將PC-Based的雙輪機器人控制系統移植至嵌入式系統上,並對於誤差修正、參數調整以及輸入/輸出訊號的處理方面做改進,以驗證所設計之硬體對於此類馬達控制應用的準確性。


    In this paper, we design a DSP-based embedded system for wheeled robot. In the research, the embedded system receive signals from gyroscope and tilt sensor to measure the angle variables on wheeled robot, and use control method to balance wheeled robot by control the motors on it. This embedded system is using TMS320F2812 DSP chip to be the main control unit, including power transformation circuit, signal processing circuit, external memories and communication surface etc.
    The content of this paper describe hardware specifications and design process about the embedded system. In final experiment we transplant origin PC-Based wheeled robot system into embedded system, amend errors, adjust parameters and improve input/output signal processing to verify the accuracy of the application on motor control system with this embedded system.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖索引 VII 表索引 XI 第一章、緒論 1 1.1研究背景 1 1.2研究動機與目的 5 1.3論文架構 6 第二章、電路設計規格與硬體架構 8 2.1 DSP晶片之功能與架構 8 2.1.1記憶體結構 8 2.1.2中斷功能 10 2.1.3事件管理器模組 12 2.1.4串列介面 16 2.1.5 ADC模組 23 2.1.6 GPIO功能 24 2.1.7韌體介面 25 2.2外部DAC模組規格 26 2.3 JTAG通訊介面規格 27 2.4電源晶片規格 28 2.5雙輪機器人系統之硬體架構 31 2.5.1整體架構 31 2.5.2直流馬達、編碼器與馬達驅動器 33 2.5.3陀螺儀與傾斜計 33 第三章、嵌入式系統電路設計與實驗 35 3.1嵌入式系統規劃流程 36 3.2電源電路設計 38 3.3 DSP內部模組整合周邊電路之設計與測試 43 3.3.1時脈電路 43 3.3.2外部記憶體電路 46 3.3.3 RS-422串列通訊電路 48 3.3.4 Butterworth低通濾波器 50 3.3.5 ADC電壓轉換電路 51 3.4 DAC晶片周邊電路設計 53 3.4.1 DAC電壓轉換電路 53 3.4.2 DAC訊號測試 54 第四章、雙輪機器人平衡實驗 57 4.1雙輪機器人與嵌入式系統之整合 57 4.2雙輪機器人系統之平衡控制器 58 4.2.1 PD平衡控制器 58 4.2.2控制器之參數調整 60 4.3平衡實驗與控制流程 60 4.3.1初始化 61 4.3.2 Kalman濾波器 62 4.3.3程式流程 64 4.4實驗結果與探討 65 第五章、結論與未來展望 69 5.1結論 69 5.2未來展望 70 參考文獻 72

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