教育机器人嵌入式平台设计

摘要

教育机器人是进行信息技术教育的有效载体，旨在培养学生的创新精神和综合实践能力，具有重要的应用价值。嵌入式控制平台是教育机器人中重要的组成部分。为了使教育机器人功能更加丰富，结构更加开放，本文基于嵌入式系统设计方法，以标准总线接口为特色，设计了一种基于ARM微处理器的开放式嵌入式控制平台。主要研究工作如下： 首先，综述了教育机器人和嵌入式系统在国内外的研究现状，提出了教育机器人系统的总体设计要求，设计了教育机器人系统方案。该方案包括上位机集成开发环境和嵌入式控制系统。上位机和下位机通过编译和解释分开执行的方案，使上位机用户软件具有通用性。 其次，根据功能需求，设计出基于ARM微处理器的控制主板。设计新颖的多功能端口，便于用户搭建新的机器人或是组建机器人网络。通过对常用的子程序进行封装，固化在程序存储空间，可以减少下位机嵌入式程序编译和机器码写入的时间。 接着，重点阐述了下位机软件的设计，包括指令集的定义，解释程序的设计，行为层的设计。解释程序使用普通的switch-case解释器，实现起来比较简单。 最后，针对系统版本升级问题，利用芯片提供的在应用编程（IAP）功能设计了系统版本升级程序，能随着外部功能接口的扩展实现在线版本更新。 本文设计的教育机器人嵌入式控制平台与现有产品相比，由于采用了32位ARM处理器作为控制核心，整个平台功能更加完善，标准总线结构更具有开放性，在使用过程中取得了良好的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 相关技术研究及应用现状

1.2.1 教育机器人现状

1.2.2 嵌入式系统研究与应用现状

1.2.3 嵌入式系统在教育机器人中的应用

1.3 论文组织安排

第二章 嵌入式控制平台总体方案设计

2.1 系统总体设计要求

2.1.1 教育机器人平台的特点

2.1.2 总体功能设计

2.2 总系统架构设计

2.2.1 系统结构组成

2.2.2 上位机集成开发环境(IDE)

2.2.3 嵌入式控制平台架构

2.3 本章小结

第三章 嵌入式控制平台硬件设计

3.1 硬件总体设计

3.2 嵌入式处理器

3.3 程序下载接口设计

3.3.1 RS232接口设计

3.3.2 USB接口设计

3.4 总线扩展接口设计

3.4.1 接口选择与应用范围

3.4.2 多功能端口设计

3.4.3 RS485接口设计

3.4.4 SPI接口设计

3.5 其他电路设计

3.5.1 键盘电路

3.5.2 LCD液晶显示电路

3.5.3 电机驱动模块设计

3.6 PCB的设计问题

3.7 本章小结

第四章 下位机软件设计与实现

4.1 系统引导程序设计与实现

4.2 用户程序的设计与实现

4.2.1 LPC2148的节电模式

4.2.2 用户程序设计

4.2.3 指令协议解析层

4.2.4 行为层设计

4.3 系统版本升级程序设计与实现

4.3.1 升级方案选择

4.3.2 LPC2148存储空间分配

4.3.3 Flash boot装载程序

4.3.4 版本升级程序设计

4.4 实例

4.5 系统调试

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目