【正文】 在簡單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個可變電阻。此外，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM 控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。圖 215（ a） 是一個占空比為 10%的PWM 輸出，即在信號周期中， 10％ 的時間通，其余 90％的時間斷。 圖 a 圖 b 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 20 圖 c 圖 215 三種不同的 PWM信號 Figure 215 three different PWM signal 圖 216 是一個可以使用 PWM 進(jìn)行驅(qū)動的簡單電路。如果在 1秒鐘內(nèi)將此過程重復(fù) 10次，燈泡將會點(diǎn)亮并象連接到了一個 電池 (9V 的50%)上一樣。占空比仍然是 50%，但燈泡在頭 5秒鐘內(nèi)將點(diǎn)亮，在下一個 5秒鐘內(nèi)將熄滅。通常調(diào)制頻率為 1kHz 到 200kHz 之間。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 21 （ 4） 若與快速響應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 由于有上述優(yōu)點(diǎn)，直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛， 本次設(shè)計采用了用軟件來產(chǎn)生 PWM 脈沖來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速 。無線收發(fā)模塊與微處理器 8051 的接線見圖 2。 在機(jī)器人足球比賽過程中，機(jī)器人的無線通信協(xié)議采用廣播式通信方式。 采用成熟的商業(yè)化的無線通信模塊 BIM418(433)F，對于縮短開發(fā)周期、確保通信系統(tǒng)的高度可靠性具有重要意義。因此，軟件設(shè)計是整個設(shè)計過程中最重要的部分之一，直接關(guān)系到機(jī)器人在賽場上的表現(xiàn)。 用 C語言實(shí)現(xiàn)的代碼如下 [9]： include include define IN0 XBYTE[0xFEF8] /* 0 通道的絕對地址 */ define IN1 XBYTE[0xFEFA] /*2 通道的絕對地址 * void abc0809_1(uchar idata *x)。 /*存放灰度傳感器的數(shù)值 */ uchar idata ad[2]。 uchar idata *ad_dr。j2。 uchar idata *ad_dr。j2。其工作原理為，通過 8051 的 P1 口向電機(jī)驅(qū)動芯片 L298 傳送 4位的控制信號控制左右兩個電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)， 同時在單片機(jī)一個引腳輸出 PWM 波型來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速 完成動作。 /* 由電機(jī)旋轉(zhuǎn)邏輯表得 */ p1^2=0。 /*長距離運(yùn)動 */ } （ 2） 輪心左轉(zhuǎn) void left(void) /*用于找球 */ { p1^1=1。 pwm2()； /*短距離運(yùn)動 */ } （ 3） 輪心右轉(zhuǎn) void right(void) /*用于找球 */ { p1^1=0。 pwm2()。 p1^4=1。 p1^3=0。 p1^3=0。當(dāng)球在左前方時，左紅外傳感器接收光量大于右紅外，電壓數(shù)字量也大于右紅外，這時控制機(jī)器人向左轉(zhuǎn)。 找球程序有以下幾點(diǎn)值得注意。 （ 4） 當(dāng)球不在紅外傳感器可視范圍，即傳感器接收到的紅外信號為零時，由于周圍環(huán)境的影響和暗電流的存在，其輸出電壓不可能為零，而是約 V 左右。 /*判斷傳感器的值 */ b=abs(a)。在接近白色的區(qū)域，對紅外光的反射量大，光電判讀器即灰度傳感器的輸出電壓高，在接近黑色區(qū)域，輸出電壓則低。 在進(jìn)攻程序之前的找球程序模塊中，多次用到讀取 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果的程序 READ，在該程序中，每執(zhí)行一次，將讀 進(jìn) 2 個傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，其中左灰度和右灰度的轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在 數(shù)組 ac[2]兩個地址單元里。先讀取當(dāng)前灰度值，左右兩個結(jié)果進(jìn)行比較，如果左灰度大于右灰度，說明前進(jìn)方向偏左，調(diào)用原地轉(zhuǎn)動程序向右偏轉(zhuǎn)，調(diào)整后，再次讀取，比較，直到左右相等為止，這時方向正對球門，調(diào)用長距離直行程序，開始進(jìn)攻，把球攻入球門。 /*提取灰度傳感器的值 */ 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計 31 a=ac[0]ac[1]。 MCS51系列單片機(jī)有 5 個中斷源，可分為 2 個中斷優(yōu)先級。 中斷請求標(biāo)志 TCON 其中 IE0 為外部中斷零的申請標(biāo)志位。 IT0=1 時為脈沖觸發(fā)方式，即在兩個相鄰的機(jī)器周期內(nèi) 上的電平發(fā)生由高到低的跳變即進(jìn)入中斷 IE=1 保持到 CUP 響應(yīng)中斷時，才由硬件清除，該方式下，中斷源低電平需要至少保持一個機(jī)器周期。 碰撞系統(tǒng)模塊程序 中斷控制設(shè)置： IT0=1 ；選擇觸發(fā)方式為電平觸發(fā) IE=0X85H ； EA=1,EX0=1,開放外部中斷 0 中斷服務(wù)子程序 用 C語言編寫的程序代碼如下： void pengzhuang(void)interrupt 0 { houtui() /*用碰撞時用 */ } 以上所述的幾大功能模塊，都可以獨(dú)立使用，分別完成不同的任務(wù)，而把它們聯(lián)系到一塊，則可 以形成一個完整的程序，使機(jī)器人在賽場上完成整場比賽。當(dāng) =0 時，執(zhí)行找球程序，當(dāng) =1 時，執(zhí)行進(jìn)攻程序。轉(zhuǎn)彎延時 秒，直行延時 秒。 ? 測試結(jié)果：機(jī)器人在直行碰撞墻壁后，順利進(jìn)入中斷服務(wù)程序，倒退并調(diào)頭，之后中斷返回繼續(xù)直行。在起點(diǎn)采樣，直行到另一色地面再次 采樣，比較判斷。 本設(shè)計屬于第一 次嘗試，許多功能還不夠完善，結(jié)構(gòu)也過于簡單。 （ 3） 傳感器方面：本次設(shè)計只使。 （ 1） 移動方式方面：目前所使用的 2 個驅(qū)動輪方式都只有兩個自由度，還不能實(shí)現(xiàn)任意定位和定向 ， 若 4 個輪子都具備獨(dú)立驅(qū)動和轉(zhuǎn)向能力，則可實(shí)現(xiàn)全方位的運(yùn)動，大大增加其靈活性。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 設(shè)計總結(jié) 35 5 設(shè)計總結(jié) 本設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)及創(chuàng)新之處 本設(shè)計利用簡單的器件使機(jī)器人擁有了較為完善的功能， 用 C 語言做為 其 編程語言，即保證了 程序 的效率又使程序的 模塊 構(gòu)架清晰 ，用戶能夠根據(jù)需要方便的編寫輸入不同的程序，使得機(jī)器人的性能可以不斷的完善 ； 同時， 并行口數(shù)模轉(zhuǎn)換提高了數(shù)據(jù)的處理速度；還有為 留有諸多的擴(kuò)展接口（ 8 個 AD 轉(zhuǎn)換接口， 5個中斷源）給今后的功能擴(kuò)展留下了廣闊的空間。 ? 測試軟件：方向判斷程序模塊。 碰撞功能模塊測試 ? 測試條件：面向墻壁直行，模擬碰撞場地?fù)醢濉? 2．整體 程序 流程圖如圖 34 圖 34 整體程序流程圖 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 功能測試 34 4 功能 測試 找球功能模塊測試 ? 測試條件：用一個高功率紅外發(fā)光管模擬比賽用球，在室內(nèi)日光燈光源下進(jìn)行測試。 持球傳感器也一個紅外接收管，不需要 AD轉(zhuǎn)換，只需要邏輯判斷，當(dāng)機(jī)器人持球時，該傳感器從 口輸入一個高電平。 EX0 為外部中斷 0 允許位， EX0=1 時允許。 IT0為外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置位， IT0=0 時，為電平觸發(fā)方式，該方式下， CUP 每個機(jī)器周期對外部中斷源采樣，如果為低電平，則進(jìn)入中斷。其請求信號由 輸入請求信號有效電平由 IT0 和設(shè)置，一旦輸入信號有效，則將 TCON 中的 IE0 標(biāo)志位置 1，可向 CUP 申請中斷 [10]。 if(!(ac[0]ad[1]||ac[1]ad[1])) /*判斷進(jìn)攻方向 */ { xuanzhuang()； } elseif(abs(a)2) /*比較左右灰度傳感器的值 */ { line()； } /*長距離運(yùn)動 */ elseif(ac[0]ac[1]) { life()。 圖 32 進(jìn)攻判斷 Figure 32 attack judgment 進(jìn)攻程序模塊流程圖 進(jìn)攻程序模塊流程圖 如圖 33 所示： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計 30 圖 33 進(jìn)攻流程圖 Figure 33 offensive flow chart 用 C 語言編寫的程序代碼 void attack(void) /*進(jìn)攻子程序 */ { uchar a,d。 在大方向調(diào)正之后，許要調(diào)整機(jī)器人的前進(jìn)角度 ，即使前進(jìn)方向平行于邊線，正對球門。當(dāng)機(jī)器人找到球并持球時，程序進(jìn)入進(jìn)攻模塊。 } /*左轉(zhuǎn) */ else { right()。 abc0809_1(ab)。 （ 2）由 于 AD 轉(zhuǎn)換以及傳感器的誤差的存在，即使球完全正對機(jī)器人，也不可能得到兩個完全相等的電壓數(shù)字量，于是在比較時應(yīng)設(shè)一個閾值，當(dāng)左右差值小于閾值時，認(rèn)為正對足球，調(diào)用長直行；當(dāng)差值大于閾值時，再進(jìn)行左右大小判斷，調(diào)用轉(zhuǎn)彎程序。當(dāng)球在正前方時，左右傳感器電壓數(shù)字量相等，此時控制機(jī)器人直行。 pwm2()。 pwm2()； /*短距離運(yùn)動 */ p1^1=1。 /*短距離運(yùn)動 */ } （ 5） 后退程序 void houtui(void) /*用碰撞時用 */ { p1^1=0。 /* 由電機(jī)旋轉(zhuǎn)邏輯表得 */ p1^2=0。 p1^3=0。 p1^3=0。 p1^4=0。 運(yùn)動控制模塊 在驅(qū)動電路的邏輯表可得正反轉(zhuǎn)電機(jī)，通過二個電機(jī)的相互配合就可以使機(jī)器人在賽場中靈活的運(yùn)動。 }while(P1^5==0)。IN1。 }while(P1^5==0)。IN0。 /*提取灰度傳器最原始的值 */ abc0809_1(ab)。 /*灰度傳感器的值 */ void main (void) { uchar idata ab[2]。最后合成一個具有完整性能和多判斷的比賽應(yīng)用程序。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 22 圖 217 無線電線通訊接口圖 Figure 217 radiomunications interface map 這樣整個機(jī)器人的驅(qū)動和硬件電路系統(tǒng)就基本上是完成了 。每個機(jī)器人 ID 編碼通過機(jī)器人車載控制板上的撥碼開關(guān)來設(shè)定。模塊 12 腳 RXD 端 為接收到的數(shù)據(jù)信息， 11腳為載波測試端，該端為低時 12 腳的數(shù)據(jù)有效 。 無線電線通訊接收系統(tǒng) 本次設(shè)計采用了 BIM418(433)F 無線收發(fā)模塊 。 （ 6） 直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 （ 2） 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。要想取得調(diào)光燈 (但保持點(diǎn)亮 )的效果，必須提高調(diào)制頻率。 圖 216 用 PWM進(jìn)行驅(qū)動的簡單電路 Figure 216 PWM to drive with a simple circuit 大多數(shù)負(fù)載 (無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載 )需要的調(diào)制頻率高于 10Hz。如果將連接電 池和燈泡的開關(guān)閉合 50ms，燈泡在這段時間中將得到 9V 供電。這三種 PWM 輸出編碼的分別是強(qiáng)