3. Разработка структурной схемы робота. На рисунке 1.1. Представлена структурная схема робота.

Рисунок 1.1- Структурная схема робота

На этой схеме представлен принцип работы робота. Блок питания обеспечивает питание оборудования. Kinect for Windows подает информацию на Материнскую плату WAFER-OT-Z670. Материнская плата WAFER-OT-Z670 предназначающаяся, для обработки информации по заданной программе и выдачи управляющих воздействий, для Arduino UNO. Arduino UNO формирует команды управления исполнительными органами робота на основании информации, поступающей с сигналов от WAFER-OT-Z670. Оператор обеспечивает задание режимов работы устройства, выполняет операции включения и выключения питания.

4.Технические характеристики wafer-ot-z670.

Рисунок 2-1: WAFER-OT-Z650/Z670

WAFER-OT-Z650 / Z670 3.5 Это материнская плата с процессором Intel® Atom ™ Z650 / Z670 со встроенной 1Гб памяти DDR2. поддерживает вывод изображения HDMI и поставляется с LVDS разъемов поддерживается 18-битных LVDS экранов одноканальных. Максимум семь портов USB, один разъем SATA 3 Гбит / с слот для SD-карт один, четыре COM портов, и один аудио разъем обеспечивает гибкие возможности расширения.

1.2 Варианты модели.

Варианты модели WAFER-OT-Z650/Z670 перечислены ниже.

Таблица 1-1:WAFER-OT-Z650/Z670 Model Variations.

Model No.	CPU
WAFER-OT-Z670-R10	Intel® Atom™ Z670 1.5 GHz
WAFER-OT-Z650-R10	Intel® Atom™ Z650 1.2 GHz

1.3 Разъемы

Разъемы на WAFER-OT-Z650 / Z670 показаны на рисунке ниже.

Рисунок 2-2: Разъемы

1.4 Размеры

Основные размеры WAFER-OT-Z650 / Z670 показаны на рисунке ниже.

Рисунок 2-3: WAFER-OT-Z650 / Z670 размеры.

Рисунок 2-4: Интерфейс внешней панели Размеры (мм).

1.5 Поток данных

Рисунок 1-5 показывает поток данных между системным чипсетом, процессором и другими компонентами, установленными на материнской плате.

Рисунок 2-5: Данные схема.

1.6 Технические характеристики.

Технические характеристики WAFER-OT-Z650 / Z670 перечислены ниже.

Таблица 1-2: WAFER-OT-Z650 / Z670 Технические характеристики.

Спецификация/Модель	WAFER-OT-Z650/Z670
Фактор формы	3.5”
Процессор системы	Процессор 1.2 GHz Intel® Atom™ Z650 или 1.5 GHz Intel® Atom™ Z670
Чипсет системы	Intel® SM35
Память	Встроенная 800 MHz 1.0 GB DDR2 SDRAM
Графика	Intel® GMA 600 с графическим ядром 400 MHz Поддержка MPEG2, H.264, VC-1/WMV9 с разрешением до 1080p декодирования
Дисплей	HDMI 1.3a с разрешением до 1080p 18-bit одноканальные LVDS с разрешением до 1366x768
BIOS	UEFI BIOS
Аудио	Realtek ALC662 HD Audio кодер-декодер
Ethernet	Интерфейс USB 10/100 Mbps LAN на AX88772A
COM	Четыре RS-232 последовательных порта.
USB	Семь USB 2.0/1.1
SATA	Один порт SATA 3Gb/s с мощностью в 5V
SD	Один слот SD-карты.
Сторожевой таймер	Программируемый поддерживает 1 ~ 255 сек. переустановка системы.
Источник Питания	Вход 12 В поддержка AT и ATX . Один внешний разъем питания . Один 4-контактный (2x2) разъема внутреннего питания .
Потребляемая мощность	12V @ 0.93 A (1.2 GHz Intel® Atom™ Z650) . 12V @ 0.95 A (1.5 GHz Intel® Atom™ Z670)
Рабочая Температура	-10°C ~ 60°C
Температура хранения	-20°C ~ 70°C
Влажность (рабочая)	5% ~ 95% (без конденсата)
Размеры (Д х Ш)	146 mm x 102 mm
Вес (GW / NW)	450g / 130g

2 Периферийные интерфейсные разъемы.

В этой главе подробно рассматриваются все перемычки и разъемы.

2.1 WAFER-OT-Z650 / Z670 Макет

На рисунке ниже показаны все разъемы и перемычки.

Рисунок 3-1: разъемы и перемычки.

2.2. Периферийные Интерфейсные разъемы.

В таблице ниже перечислены все разъемы на плате.

Таблица 2-1: Периферийные разъемы Интерфейса.

Коннектор	Тип	Обозначение
Разъем питания 5 V SATA	2-контактный пластины	SATA_PWR1
Разъем питания 12 V	4-контактный разъем Molex питания CN2	CN2
Аудио разъемы	10-pin box header	AUDIO1
Подсветка разъемов преобразователя	5-контактный платы	INV1
Батарейный разъем	2-контактный платы	BT1
LVDS разъем	20-контактный коннектор обжимной	LVDS1
Питания и HDD LED разъемы	6-контактный разъем	CN1
Разъем кнопки питания	2-контактный	PWR_BTN1
Разъем кнопки сброса	2- контактный	RST_BTN1
RS-232 порт разъемы	10-контактный разъем	COM2, COM3, COM4
SD-слот для карт памяти	SD карта	SD1
Разъем привода Serial ATA (SATA)	7-разъемов SATA	SATA1
USB 2.0 разъемы	4- контактный	USB1
USB 2.0 разъемы	8- контактный	USB2

2.1.3. Внешние разъемы интерфейс панели

В таблице ниже перечислены разъемы на внешней панели ввода / вывода.

Таблица 2-2: Разъемы на задней панели.

Коннектор	Тип	Обозначение
12 V power jack	Power jack	PWR_CON1
Двойной порт USB	Двойной порт USB	FPJJSB1, FP_USB2
HDMI разъем	HDMI	HDMI_1
Ethernet разъем	RJ-45	LAN1
RS-232 Последовательный порт	Male DB-9	COM1

2.2. Внутренние периферийные разъемы.

Глава описывает все разъемы на WAFER-OT-Z650 / Z670.

2.2.1 В Разъем питания SATA.

CN Обозначение: SATA_PWR1

CN Тип: 2-контактный пластины

CN Местоположение: рисунок 2-2

CN Разводка: таблица 2-3

Используется разъем питания SATA на 5 V для подключения к SATA разъем питания устройства.

Рисунок 3-2: Местоположение разъема питания SATA.

Таблица 2-3: Разводка SATA разъем питания.

№ контакта	Описание
1	+5V Ground
2	Ground

Разъем питания SATA в данном проекте предназначен для передачи данных с жесткого диска, в котором будет располагаться программа SDK с программным кодом для управления двигателем.

2.2.2: 12 В Разъем питания.

CN Обозначение : CN2

CN Тип: 4-контактный разъем Molex питания

CN Местоположение: рисунок 2-3

CN Разводка: таблица 2-4

Разъем питания ATX подключается к источнику питания ATX.

Рисунок 3-3: Местоположение разъема питания.

Таблица 2-4: 12 V Питание контактов разъемов

Контакт	Описание
1	GND
2	GND
3	+ 12V
4	+ 12V

Разъём Molex: ATX12V в данном проекте предназначен для подключения основного питания WAFER-OT-Z650/Z670

2.2.8. Кнопка питания разъема.

CN Обозначение : PWR_BTN1.

CN Тип: 2-pin wafer.

CN Местоположение: рисунок 2-9.

CN Разводка: таблица 2-10.

Разъем кнопки питания, подключен к коммутатору питания на корпусе системы, чтобы пользователи могли включить систему включения и выключения.

Рисунок 3-9: Местоположение разъема кнопки питания.

Таблица 2-10: разъемы контактов кнопки питания.

Канал	Описание
1	PWR_BTN+
2	PWR_BTN-

2.2.11. разъема привода SATA.

CN Обозначение : SATA1.

CN Тип: 7-pin SATA drive connector.

CN Местоположение: рисунок 2-12.

CN Разводка: таблица 2-13.

Разъем SATA привод может быть подключен к SATA привод и поддерживает до 3 Гбит / с. скорости передачи данных.

Рисунок 3-12: Местоположение разъема привода SATA.

Таблица 2-13: Контакты разъемов SATA привод.

Канал	Описание
1	GND
2	TX+
3	TX-
4	GND
5	RX-
6	RX+
7	GND

Интерфейс SATA имеет два канала передачи данных, от контроллера к устройству и от устройства к контроллеру. Для передачи сигнала используется технология LVDS.

2.2.13. Разъем USB (4-контактный).

CN Обозначение : USB1.

CN Тип: 4-pin wafer.

CN Местоположение: рисунок 2-13.

CN Разводка: таблица 2-14.

4-контактный разъем USB обеспечивает подключение к USB 1.1 / 2.0 порта.

Рисунок 3-14: Местоположение 4-контактный разъем USB.

Таблица 2-14: Распиновка 4-контактного разъема USB.

Канал	Описание	Канал	Описание
1	+ 5V	2	-USB
3	+ USB	4	GND

Разъем USB предназначен для подключения Kinect for Windows к плате WAFER-OT-Z650 / Z670.

2.2.14. Разъем USB (8-контактный).

CN Обозначение : USB2.

CN Тип: 8-pin header.

CN Местоположение: рисунок 2-13.

CN Разводка: таблица 2-14.

8-контактный USB обеспечивает возможность подключения до двух 1,1 / 2,0 портов USB.

Рисунок 3-15: Местоположение 8-контактного разъема USB.

Таблица 2-15: Распиновка 8-контактног разъема USB.

Канал	Описание	Канал	Описание
1	USB_VCC	2	GND
3	DATA-	4	DATA+
5	DATA+	6	DATA-
7	GND	8	USB_VCC

2.3. Панель внешних периферийных разъемов интерфейса.

На рисунке ниже показан внешний разъем периферийного интерфейса (EPIC) панели. EPIC панель состоит из следующих компонентов:

Рисунок 3-16: Внешний периферийный разъем интерфейса.

2.3.1. 12 В Разъем питания.

CN Обозначение : PWR_CON1.

CN Тип: 12 V power jack.

CN Местоположение: рисунок 2-14.

CN Разводка: таблица 2-15.

Используется задняя панель 12V разъема питания, для подключения платы к источнику питания.

Таблица 2-16: 12 Разводка разъема 12В питания.

Канал	Описание
1	+ 12V
2	GND
3	GND

2.3.2. Разъем Ethernet.

CN Обозначение : LAN1.

CN Тип: RJ-45 connector.

CN Местоположение: рисунок 2-15.

CN Разводка: таблица 2-16.

WAFER-OT-Z650 / Z670 оснащен встроенным RJ-45 Ethernet контроллером. Контроллер может подключаться к локальной сети через разъем RJ-45 LAN. Есть два светодиода на разъеме, указывающие на статус локальной сети. Назначение контактов приведены в следующей таблице:

Таблица 2-17: Разводка LAN.

Канал	Описание	Канал	Описание
1	LAN1_MDI0+	5	LAN1_MDI2+
2	LAN1_MDI0-	6	LAN1_MDI2-
3	LAN1_MDI1 +	7	LAN1_MDI3+
4	LAN1_MDI1-	8	LAN1_MDI3-

Рисунок 3-17: Разъем Ethernet RJ-45.

Разъем RJ-45 Ethernet имеет два светодиодных индикатора состояния, зеленый и желтый. Зеленый светодиод указывает на активность на порту и желтый светодиод указывает порт связан. Смотрите таблицу 2-18.

Таблица 2-18: Разъем светодиодов RJ-45 Ethernet.

Статус	Описание	Статус	Описание
Зеленый	Активный	Желтый	Связанный

3.3.3. Разъем HDMI.

CN Обозначение : HDMI1.

CN Тип: HDMI connector.

CN Местоположение: рисунок 2-16.

CN Разводка: таблица 2-17.

Подключается к экрану или устройству, который имеет вход HDMI.

Таблица 2-19: Разъем HDMI.

Канал	Описание	Канал	Описание
1	HDMI_DATA2	13	N/C
2	GND	14	N/C
3	HDMI_DATA2#	15	HDMI_SCL
4	HDMI_DATA1	16	HDMI_SDA
5	GND	17	GND
6	HDMI_DATA1#	18	+ 5V
7	HDMI_DATA0	19	HDMI_HPD
8	GND	20	HDMI_GND
9	HDMI_DATA0#	21	HDMI_GND
10	HDMI_CLK	22	HDMI_GND
11	GND	23	HDMI_GND
12	HDMI_CLK

3.3.5. USB разъем.

CN Обозначение : FP_USB1, FP_USB2.

CN Тип: Dual USB port.

CN Местоположение: рисунок 2-16.

CN Разводка: таблица 2.21.

Порты подключения к обоим USB 2.0 и USB 1.1 устройств.

Канал	Описание	Канал	Описание
1	USB_VCC	2	USB_VCC
3	DATA-	4	DATA-
5	DATA+	6	DATA+
7	GND	8	GND

Таблица 2-21: Распиновка USB-порт.

4.1 LVDS ЖК Установка.

WAFER -OT-Z650 / Z670 может быть подключен к TFT LCD экран через 20-контактный LVDS обжимной разъем на плате. Для подключения TFT LCD с WAFER-OT-Z650 / Z670, необходимо, выполнить следующие действия.

Шаг 1: Найти разъем. Расположение разъема LVDS показано в глава 2.2.6.

Шаг 2: Вставить разъем кабеля. Вставить штекер от драйвера PCB LVDS к разъему LVDS платы, как показано на рисунке 2-19. При подключении разъемы, убедитесь, что контакты выровнены.

Рисунок 3-19: Подключение LVDS.

Шаг 3: Найти разъем инвертора подсветки. Расположение инвертора подсветки Разъем показано в главе 2.2.7.

Шаг 4: Подключите разъем подсветки. Подключите разъем подсветки для драйвера TFT ЖК-платы, как показано на рисунке 2-20. При вставке в разъем кабеля, необходимо убедится, что контакты выровнены должным образом.

Рисунок 3-20: Подключение инвертора подсветки.

4.2 Подключение SATA привода.

WAFER-OT-Z650 / Z670 поставляется с приводом кабеля SATA. Для подключения SATA привода к разъему, необходимо выполните следующие действия.

Шаг 1: Найти разъем SATA и разъем питания SATA. Места расположения разъемы, приведены в главе 2.2.8.

Шаг 2: Вставьте разъем кабеля. Вставьте разъем кабеля в плату разъем привода SATA и разъем питания SATA. Смотрите рисунок 4-7.

Рисунок 3-21: Подключение привода кабеля SATA

Шаг 3: Подключить кабель SATA к диску. Подключить разъем на другом конце кабеля SATA к разъему на задней панели дисковода. Смотрите рисунок 2-21.

Шаг 4: Чтобы удалить кабель SATA из разъема, необходимо нажать клипсу на

разъеме, на конце кабеля.

4.3 USB-кабель

WAFER-OT-Z650 / Z670 поставляется с двойным портом USB кабелем 2.0. Для подключения к разъему кабеля USB, необходимо, выполнить следующие действия.

Шаг 1: Найти разъемы. Места расположения разъемов USB приведены в главе 2.2.9.

Шаг 2: Совместить разъемы. Кабель имеет два разъема. Правильно совместите контактом 1 на каждый разъем кабеля с контактом 1 на разъеме USB WAFER -OT-Z650 / Z670.

Шаг 3: Вставить кабельные разъемы. После того, как кабель разъемы правильно выровнены с разъемами USB на WAFER-OT-Z650 / Z670, подключите кабель к разъемам на плате. Смотреть рисунок 2-22.

Рисунок 3-22: Подключение двойного USB.

4.4 Подключение USB (двойной разъем).

Внешние USB серии "A" вилка разъемы обеспечивают простой и быстрый доступ к внешним устройствам USB. Для подключения USB устройств к WAFER-OT-Z650 / Z670, выполнить следующие действия.

Шаг 1: Найти серии USB "A" вилки разъемы. Места расположения в USB Серия "А" вилки разъема приведены в главе 2.

Шаг 2: Вставьте USB серии "A" вилку. Вставьте USB серии "A" вилку устройства в USB серии "А" вилку на внешнем периферийного интерфейса. Смотреть рисунок 2-23.

Рисунок 3-23: Подключение USB.

4.5 Соединение HDMI Дисплейное устройство.

Разъем HDMI передает цифровой сигнал на совместимые HDMI устройств отображения, таких как экран телевизора или компьютера. Для подключения кабеля HDMI к пластине-OT-Z650 / Z670, выполните следующие действия.

Шаг 1: Найдите разъем HDMI. Расположение показано в главе 2.

Шаг 2: Совместите разъем HDMI с портом HDMI. убедиться в правильной направленности разъема.

Рисунок 3-24: Подключение HDMI.

Шаг 3: Аккуратно вставить разъем HDMI. Разъем должен вставляться мягким нажатием. Если разъем не вставляется легко, проверить, что разъем правильно выровнен, и что коннектор вставлена в правильном положении.

5.1 BIOS

BIOS запрограммирован в чип BIOS. Программа установки BIOS позволяет изменятьнекоторые настройки системы. В этой главе описываются параметры, которые могут быть изменены.

5.1.1 Начало установки.

UEFI BIOS активируется, когда компьютер включен.Программа установки может быть выполнена одним из двух способов.

1. Нажать DEL или клавишу F2, как только система включена.

2. Нажать DEL или клавишу F2, когда " надо нажать Del или F2, чтобы войти в программу настройки" на экране появится соответствующее сообщение.

Если сообщение исчезнет до нажатия DEL или F2, перезагрузите компьютер и попробовать еще раз.

5.1.2 Использование установки.

Клавиши со стрелками используются, чтобы выделить элементы, нажмите ENTER, чтобы выбрать, использовать PageUp и PageDown, чтобы изменить записи, нажать клавишу F1 для помощи и нажать ESC, чтобы выйти.

5.2 Главная

Меню основной BIOS (BIOS Меню 1) появляется, когда программа настройки BIOS вводится.

Главное меню дает краткий обзор основной информации о системе.

5.3 Advanced.

Меню дополнительно (BIOS Меню 2) используется для настройки процессора и периферийных устройств.

5.4 Chipset.

Меню Chipset используется (BIOS Меню 10) для доступа к Northbridge и Southbridge меню конфигурации.

Также пользователю доступны драйверы программного обеспечения. Следующие драйверы могут быть установлены в системе:

- Chipset

- VGA

- Интернет

- Аудио

6.1 Выбор микроконтроллера для робота.

Существуют множество семейств микроконтроллеров такие, как PIC, AVR и ARM. Рассмотрим микроконтроллеры данных семейств. Одно из достоинств микроконтроллеров PIC это то, что его представители сочетают два трудно совместимых качества. С одной стороны, существует довольно большое разнообразие микроконтроллеров PIC, каждый из которых имеет свои индивидуальные свойства и особенности. А с другой стороны, все микроконтроллеры PIC в определенной мере стандартны. Из всего набора выпускаемых микроконтроллеров PIC выделяются две наиболее развитые серии PIC16 и PIC18.

Несомненным преимуществом ядра ARM является его стандартность, что позволяет использовать программное обеспечение от других совместимых микроконтроллеров, иметь более широкий доступ к средствам для проектирования. ARM-ядра имеют представительную номенклатуру и динамику развития. [6]

Отличительными особенностями семейства AVR является наличие обширного набора аналоговых компонентов и цифровых периферийных устройств совместно со встроенным программируемым ЭППЗУ и флэш-памятью, что значительно повышает гибкость, устраняя узкие места внешнего доступа к памяти и обеспечивая увеличение программы и безопасность данных.В таблице 1.5. представлен сравнительный анализ семейств микроконтроллеров PIC, AVR и ARM.

Таблица 1.5-Сравнительный анализ семейств микроконтроллеров PIC, AVR и ARM

Название		Частота, Мгц	EPROM, кБайт			RAM, кБайт	EEPROM, кБайт			АЦП, бит
PIC		1...4	512			256	-			8
ARM	1...40			512	256			-	10
AVR	0...416			8	0,5			0,5	10

Исходя из таблицы, по функциональности, по стоимости и удобству выбираем семейство микроконтроллеров AVR. У AVR-контроллеров "с рождения" есть две особенности, которые отличают это семейство от остальных МК. Во-первых, система команд и архитектура ядра AVR разрабатывались совместно с фирмой-разработчиком компиляторов с языков программирования высокого уровня IAR Systems. В результате появилась возможность писать AVR-программы на языке С без большой потери в производительности по сравнению с программами, написанными на языке ассемблера. Сравним такие микроконтроллеры, как ATmega168, ATmega2560, ATmega328.

В таблице 1.6. представлен сравнительный анализ микроконтроллеров семейства AVR, таких как ATmega168, ATmega2560, ATmega328.

Таблица 1.6- Сравнительный анализ микроконтроллеров ATmega

Название	Flash ROM	PWM	F. max	AD	Напряжения питания, В
ATmega328	32	6	16	14	7-12
ATmega168	16	3	20	8	1.8-5.5
ATmega2560	256	12	16	16		1.8-5.5

Flash ROM - объем энергонезависимой памяти программ (в килобайтах);  F. max - максимальная частота; PWM - количество независимых каналов широтно-импульсной модуляции;  AD - количество каналов аналого-цифрового преобразования; 

Рассмотрев данные таблицы, выбираем микроконтроллер ATmega2560, так как он обеспечивает высокую точность и быстродействие выполнения программы. На рисунке 1.4. приведен общий вид платы ATmega 2560.

Рисунок 4.1: Общий вид платы Arduino UNO

Рассмотрим характеристики платы Arduino UNO подробнее в таблице 1.7.

Таблица 1.7 характеристики платы Arduino UNO.

Тип	ATmega2560
Рабочее напряжение	5В
Входное напряжение	7-12В
Входное напряжение (предельное)	6-20В
Цифровые Входы/Выходы	54  (14 из которых ШИМ)
Аналоговые входы	16
Постоянный ток через вход/выход	40 mA
Память	256 KB  (из которых 8 КB используются для загрузчика)
ОЗУ	8 KB
Энергонезависимая память	4 KB

Длинна и ширина печатной платы UNO составляют 10,2 и 5.3 см соответственно. Разъем USB и силовой разъем выходят за границы данных размеров. Расстояние между цифровыми выводами 7 и 8 равняется 0,4 см, хотя между другими выводами оно составляет 0,25 см. Arduino UNO совместима со всеми платами расширения, разработанными для платформ Uno, Duemilanove или Diecimila. Расположение выводов 0 – 13 (и примыкающих AREF и GND), аналоговых входов 0 – 5, силового разъема, блока ICSP, порта последовательной передачи UART (выводы 0 и 1) и внешнего прерывания 0 и 1 (выводы 2 и 3) на UNO соответствует расположению на вышеприведенных платформах. Однако расположение выводов (20 и 21) связи I2C на платформе UNO не соответствуют расположению тех же выводов (аналоговые входы 4 и 5) на Duemilanove / Diecimila.