由于嵌入式微处理器对实时任务具有很强的支持能力，可以完成多任务并且具有较短的中断响应。因此在设计过程中，采用嵌入式ARM9为核心的控制器(ST公司的STR911FAM44)，实现了以极少的周边芯片获得齐全的功能。ARM9处理器具有体积小，功耗低，性能高的特点。它集成了28路模拟信号采集通道，可以兼容数字信号和模拟信号，每路精度为10位，因此可以分辨3 mV特的输入电压变化。8路高速数据采集通道每秒可采集50万次信号。该处理器内部采用哈佛结构，每秒可执行1.1亿条机器指令，这样的强大功能可以实现机器人高速精确地按照规定路径行走，并且机器人的CPU能够实时迅速地读取多个传感器端口数值，在较短的时间内完成对各端口数值的存储、运算和输出等多种任务。在主控制器核心CPU的基础上，将各种功能模块、执行机构等连接到CPU的引脚上。控制器总共有28路模拟采样接口。ARM9控制器的系统图如图3所示。



在此选用Atmel公司生产的AVR ATmega 8微处理器作为辅助单片机。ATmega 8是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于它先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega 8的数据吞吐率高达1 MIPS／MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。同时ATmega 8具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C语言编译器、宏汇编、程序调试器／软件仿真器、仿真器及评估板。这样就大大方便了在硬件基础上进行软件设计。   

ARM9处理器含有20路标准数据采集通道通过Atmega816-PC辅助单片机连接到主芯片上，用以读取远红外传感器组及检测端口的数值，每秒可采集1 000次。这种设计提高了端口数值读取速度，使机器人能对周围环境信息做出迅速判断。ARM9微处理器与辅助单片机如图4所示。



为了保证灭火机器人灵活行走和低功耗，需要一个体积小，超薄轻巧，功耗低的显示器。Uniohm公司生产的LCD满足设计要求，通过与单片机连接、编程、下载、完成显示功能。

3.2 控制器电源供电设计

电源直接影响机器人运行特性。考虑到电动机启动瞬间电流很大，会造成电源电压不稳，影响单片机和输入电路工作的稳定性和可靠性，因此这里采用双电源供电方案。电机电源采用容量为2 500 mAh高放电倍率聚合物锂电池，工作电压为24 V，能提供40 A的稳定供电电流，是普通电池的10倍；控制器电源采用8.4 V锂电池，并提供电压采样端口，以供电池检测，控制器电源供电电路图如图5所示。

为获得CPU各端口电路所需要的不同等级的电压，该设计采用1个LM317T三端稳压器和2个AMS1117低压差线性电压调整器，并通过其附属电路，得到精确稳定的5 V，3.3 V，1.8 V三种电压；用1个发光二极管LD1和限流电阻R5作为电源指示灯，以显示电源开关的状态；为实时采样电源电压，防止锂电池过放或过充，通过R1，R2分压，引出AD19端口作为电源采样端口。

4 灭火机器人嵌入式系统软件设计

机器人控制器是一个多任务并行执行的实时控制器。在软件实现上，灭火机器人除了要协调控制各个不同功用的电机，还需要对红外、灰度、声音等多种传感器接收的数据进行传输、处理等。采用c语言可以方便快捷的编写程序。这里对灭火机器人的每种功能进行模块化处理。总体的思路是：寻找火源．确定火源方位，接近火源，趋光灭火，回家。主程序设计流程图如图6所示。实现起来最基本的就是使机器人能够顺利的直线行走和拐弯，这一模块称为沿墙走(沿左墙前，沿左墙后，沿右墙前。沿右墙后)，沿右墙前如图7所示。具体为：

(1)若正前距离很大，同时右前的距离稍小时，太靠近右墙，执行左转微调；

(2)若正前距离很大，同时右前的距离稍大时，太靠近左墙，执行右转微调；

(3)若正前距离很大，右前距离适中，就直行；

(4)若正前距离特别小，同时右前距离特别小时，使机器人稍后退可以防碰撞；

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