魚類的游動具有高效性、機動性以及低噪性等優(yōu)點。因此，仿生機器魚的研究己成為機器人研究領(lǐng)域的熱點。隨著仿生機器魚研究的不斷深入，仿生機器魚在水下搜救、水質(zhì)檢測以及海洋資源勘探等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。近年來，機器魚也成為國內(nèi)國際高校機器人比賽項目之一。本文就是針對在國際水中機器人大賽的大平臺上的三關(guān)節(jié)機器魚而設(shè)計的一套雙關(guān)節(jié)機器魚控制系統(tǒng)。本機器魚控制系統(tǒng)具有體積小、成本低、微功耗等優(yōu)點，可以方便地運用到類似的機器魚產(chǎn)品中。

　　1機器魚控制系統(tǒng)設(shè)計方案

　　機器魚控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要分為指令發(fā)送端和指令執(zhí)行端，兩部分均以CC1110無線單片機作為核心控制器，負責指令的發(fā)送、接收、數(shù)據(jù)處理，進而控制機器魚的相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)工作。指令發(fā)送端的指令來自上位機，USB串口轉(zhuǎn)換電路將USB接口模擬成串口，實現(xiàn)上位機與CC1110的串口通信。電源模塊完成電壓的變換，為相關(guān)電路提供各種合適的工作電壓。存儲器模塊存儲機器魚的相關(guān)信息。舵機驅(qū)動模塊為執(zhí)行機構(gòu)舵機提供合適的控制信號。

　　圖1機器魚控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

　　2機器魚控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 USB串口轉(zhuǎn)換電路

　　CH341T是一款USB總線轉(zhuǎn)接芯片，通過簡單的接線即可實現(xiàn)USB接口和串口之間的轉(zhuǎn)換，此時無需改動上位機與下位機的程序，通過USB接口即可實現(xiàn)上位機與下位機的串行通信。USB串口轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖2所示。

　　圖2 USB串口轉(zhuǎn)換電路

　　在本設(shè)計電路中，將CH341T芯片的SDA和SCL引腳懸空，此時芯片功能為USB轉(zhuǎn)異步串口，模擬計算機串口;CH341T芯片的TXD和RXD兩個引腳分別連接到CC1110無線單片機的RX(P0.2)和TX(P0.3)兩個引腳;TEN#引腳為串口發(fā)送使能端，接地使CH341T能發(fā)送數(shù)據(jù)。CH341T芯片的地要和CC1110無線單片機的地相連。CH341T不需外接電源，直接由上位機通過USB口提供+5V電源。

　　2.2 DC-DC電壓變換電路

　　指令發(fā)送端由USB提供5V電壓，指令執(zhí)行端由電池提供5V直流電壓。電池提供的5V直流電壓可以直接為舵機驅(qū)動芯片以及舵機供電。而系統(tǒng)內(nèi)部CC1110無線單片機正常工作電壓范圍是2.0~3.6V，存儲器芯片24AA01正常工作電壓范圍是1.7~5.5V，這里可以將二者的工作電壓選擇為3.3V.為此，專門設(shè)計了一個DC-DC電壓變換電路，將5V直流電壓變換為3.3V直流電壓后再提供給CC1110無線單片機和24AA01芯片，以保證系統(tǒng)的正常工作。這里采用AMS公司生產(chǎn)的AMS1117芯片設(shè)計了電壓變換電路，具體的DC-DC電壓變換電路如圖3所示。

　　圖3 DC-DC電壓變換電路

　　在電壓輸入端接有22μF電解電容及電壓輸出端接有47μF電解電容，以保證輸出電壓的穩(wěn)定。