【正文】 繪圖軟件做小車模型如圖 14所示： 圖 14 小車內(nèi)部結(jié)構(gòu) Figure 14 car internal structure 各零部件的介紹如圖 15(a)、 (b)、 (c)所示： 圖 a 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 足球機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 6 圖 b 圖 c 圖 15 各零部件圖 Figure 15 various spare parts chart 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 7 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件與運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì) 在各種機(jī)電一體化設(shè)備中動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件與運(yùn)動(dòng)方式，是系統(tǒng)中最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是最終的實(shí)現(xiàn)者對(duì)系統(tǒng)各方面的性能有幾大的影響。 三輪配置 機(jī)器人車體配置結(jié)構(gòu)雖然簡單，但穩(wěn)定性差， 遇到?jīng)_撞容易傾倒，與 三 輪 配置 相比， 四 輪 配置的 穩(wěn)定性更 好，四輪 輪典型配置有如 下 兩種 。 圖 22 四 輪 典型配置二 Figure 22 The four typical configuration 圖 22 的 配置方式是常見的所謂汽車配置方式，車的穩(wěn)定性較高。 機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 按照現(xiàn)代機(jī)器人理論，機(jī)器人分為機(jī)械手，環(huán)境，任務(wù)和控制器 4 個(gè)相互作用的部分。 程序存儲(chǔ)器 (ROM) 8051 共有 4096 個(gè) 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛結(jié)構(gòu) 原理 ，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即 馮諾依曼 結(jié)構(gòu) 原理。片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端。高電平有效，寬度在 24 個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上，使單片機(jī)復(fù)位。平時(shí)不訪問片外存貯器時(shí)，該端以六分之 一的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。負(fù)載能力為 8LSTTL 門。 (4)輸入 /輸出引腳 P0、 P P2 和 P3 口 ～ （ 39～ 32 腳）：訪問片外存貯器時(shí)作為低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線（復(fù)用）。 ～ （ 21～ 28腳）：訪問片外存貯器時(shí)作為高八位地址線。 P3 口的第二功能是 （ 10腳）： RXD（串行口輸入端） （ 11腳）： TXD（串行口輸出端） （ 12腳）： /INT0（外部中斷 0輸入端） （ 13腳）： /INT1（外部中斷 1輸入端） （ 14腳）： T0（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0外部輸入端） （ 15腳）： T1（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1外部輸入端） （ 16腳）： /WR（片外數(shù)據(jù)存貯器寫選通信號(hào)輸出端） （ 17腳）： /RD（片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號(hào)輸出端） 8051 的最小系統(tǒng)連接 線路連接圖 如圖 26所示： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 12 圖 26 單片機(jī)最小系統(tǒng) Figure 26 SCM minimum system (1)找球傳感器 根據(jù)比賽用球?yàn)榧t外發(fā)射裝置，故采用的傳 感器為紅外接收的傳感器，根據(jù)車體前方的兩個(gè)紅外傳感器接收紅外光輸出電壓不同比較來判斷球的方位指導(dǎo)車體前進(jìn)方向。灰度傳感器由反射式紅外光電判 讀器組成，即一個(gè)紅外發(fā)光管和紅外三極 管并排綁定構(gòu)成，其電路圖 如圖27所示： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 14 圖 27 判斷進(jìn)攻電路原理圖 Figure 27 schematic circuit judge attack 當(dāng)?shù)孛婊叶茸兓瘯r(shí)，對(duì)紅外光的反射量隨之變化，白色對(duì)紅外光反射力強(qiáng)，輸出電壓高；黑色對(duì)紅外光吸收力強(qiáng)，輸出低電壓。 電路和前的最小系統(tǒng)電路連在一起。 A/D轉(zhuǎn)換器的類型最為常見的有二種：逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器和積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器。封裝電路圖形如圖 28： 圖 28 AD0809封裝模型 Figure 28 AD0809 Packaging Model 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 15 AD0809 內(nèi)部主要是由 8路模擬選擇開關(guān)、 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存緩沖器構(gòu)成。上升沿復(fù)位 0809，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換器。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志輸出端。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 8 路模擬形狀的三位地址選通輸入線。 單電池組：用一組電池同時(shí)給控制電路和驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。 (3)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制 本次設(shè)計(jì)采用了 H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 直流 H 橋功放電路是用于控制直流電機(jī)雙向運(yùn)動(dòng)的基本電路，該電路使電機(jī)在單電源供電下可以雙向運(yùn)轉(zhuǎn) 。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 17 圖 211 三極管構(gòu)成的 H橋集成功放電路 Figure 211 triode constitute the Hbridge integrated amplifier circuit L298 雙通道直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 是 Description ST 公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA， ENB接控制使能端， 同時(shí)也是 PWM脈沖是輸入腳， 控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。 L298 還有過熱自動(dòng)關(guān)斷功能，并有反饋電流檢測功能。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變?。涣鹘?jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 19 流值，使音量相應(yīng)變大或變小。 簡而言之， PWM 是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字 編碼的方法。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。圖 (b)和圖 (c)顯示的分別是占空比為 50%和 90%的 PWM 輸出。圖中使用 9V 電池來給一個(gè)白熾燈泡供電。這種情況下，占空比為 50%，調(diào)制頻率為 10Hz。要讓燈泡取得 電壓的供電效果，通斷循環(huán)周期與負(fù)載對(duì)開關(guān)狀態(tài)變化的響應(yīng)時(shí)間相比必須足夠短。 在電機(jī)控制電機(jī) PWM 系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性： （ 1） 主電路線路簡單，需用的功率器件少。 （ 5） 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。 PWM脈沖由單片機(jī)的 輸出送往 L298 的 6腳和 11 腳，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。模塊 15腳 (發(fā)射允許端 )接為高電平，禁止發(fā)射功能， 16 腳 (接收允許端 )接為低電平，使能接收功能。上位機(jī)通過無線通信設(shè)備，每隔 20 ms～ 30 ms 發(fā)出一幀數(shù)據(jù) (規(guī)劃場上所有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制命令 )，每個(gè)機(jī)器人 全部接收，然后機(jī)器人根據(jù)自己的地址編號(hào) (機(jī)器人ID 編碼 )，從數(shù)據(jù)串中確定出發(fā)給自己的命令。開發(fā)出的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、無調(diào)整器件、抗干擾性好、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用于參加的機(jī)器人足球比賽實(shí)踐中。本章先對(duì)程序運(yùn)行的重要環(huán)節(jié) — AD轉(zhuǎn)換器的讀寫控制進(jìn)行了說明，再針對(duì)各個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)了相關(guān)軟件，各模塊間相互獨(dú)立，可用于測試各個(gè)部件的運(yùn)行狀況。 /*找球傳感器的值 */ void abc0809_2(uchar idata *x)。 /*存放最原始灰度傳感器的值 */ abc0809_2(ad)。 ad_dr=amp。i++) { do{*ad_dr=i x[i]=*ad_dr。 ad_dr=amp。i++) { do{*ad_dr=i x[i]=*ad_dr。其中， 兩個(gè)輪子反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)以車身中心為圓心轉(zhuǎn)彎，當(dāng)一個(gè)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)以車輪為圓心轉(zhuǎn)彎。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì) 25 p1^3=1。 /* 由電機(jī)旋轉(zhuǎn)邏輯表得 */ p1^2=0。 /* 由電機(jī)旋轉(zhuǎn)邏輯表得 */ p1^2=0。 /*短距離運(yùn)動(dòng) */ } （ 4）旋轉(zhuǎn)程序 void xuanzhuang(void) /*用于找球 */ { p1^1=1。 pwm2()。 p1^4=1。 p1^4=1。右轉(zhuǎn)情況相同。 （ 1） 找球目的在于盡快地接近球，于是當(dāng)球不在正前方時(shí)，每次調(diào)整方向后，調(diào)入一段短距離直行程序，在修正方向的同時(shí) ，不斷地向球靠近；當(dāng)球在正前方時(shí)，調(diào)入一段長距離執(zhí)行程序，縮短找球時(shí)間。 找球程序流程圖 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì) 27 圖 31 找球程序流程圖 Figure 31 flow chart to find the ball 用 C語言編寫的程序代碼 void find(void) /*找球子程序 */ { uchar a,b。 if(ab[0]==0||ab[1]==0) { xuanzhuang()； } /*調(diào)用原地旋程序 */ elseif(b2) { line()； } /*直線長行走 */ elseif(ab[0]ab[1]) { life()。在此，默認(rèn)從白到黑為進(jìn)攻方向進(jìn)行編程。在判斷正確前進(jìn)方向時(shí)，里存放著前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果，先把它們轉(zhuǎn)移到 數(shù)組 ac[2]中，在 于 ad[2]中的原始 灰度轉(zhuǎn)換結(jié)果，分別與 當(dāng)前 的結(jié)果進(jìn)行比較，只要其中有一個(gè)值增大，就認(rèn)定為前進(jìn)方向錯(cuò)誤，這時(shí)調(diào)用以車身中心為圓心的原地轉(zhuǎn)動(dòng)程序，當(dāng)轉(zhuǎn)過約 180 度后，讀取當(dāng)前灰度值保存，再調(diào)用一段短距離直行程序，再次比較灰度值變化趨勢，直到左右兩個(gè)灰度值都為減小，這時(shí)，機(jī)器人前進(jìn)方向?yàn)檎_進(jìn)攻方向。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì) 29 在兩個(gè)灰度值大小比較時(shí)，與紅外傳感器有類似的問題需要注意：相減時(shí)出現(xiàn)負(fù)數(shù)時(shí)需要調(diào)整為相反數(shù)；判斷相等時(shí)有傳感器誤差存在，需要設(shè)定閾值，差值小于閾值即認(rèn)為相等。 d=abs(a)。本碰撞避讓系統(tǒng)所用到的中斷源為 ，即 外部中斷 0。當(dāng)外部中斷源有請(qǐng) 求時(shí)，該位置 1，其復(fù)位由觸發(fā)方式來設(shè)置。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì) 32 ? 中斷開放和屏蔽 IE 其中， EA為總中斷允許位， EA=1 時(shí)開放中斷， EA=0 時(shí)關(guān)斷一切中斷。而把他們聯(lián)系在一起的橋梁則是前中提到的持球探測壁以及其上的持球傳感器。在整個(gè)程序中，中斷開放，實(shí)現(xiàn)任何狀態(tài)下的碰撞避讓。 ? 測試結(jié)果：機(jī)器人能在 40CM 距離左右發(fā)現(xiàn)球，在向球運(yùn)動(dòng)過程中，前半段由于基礎(chǔ)電壓小，差值小 于閾值，直線前進(jìn)；當(dāng)靠近球時(shí)，電壓增大，差值大于閾值，機(jī)器人左右調(diào)整方向，逐漸靠近小球。 方向判斷功能模塊測試 ? 測試條件：用黑白兩色紙模擬場地基板，室內(nèi)日光燈光源。 ? 測試結(jié)果：由白向黑行進(jìn)時(shí)，機(jī)器人判斷方向?yàn)檎_進(jìn)攻方向 ，繼續(xù)前進(jìn)；由黑向白行進(jìn)時(shí)，機(jī)器人發(fā)現(xiàn)方向錯(cuò)誤，掉頭前進(jìn)。在以下方面有待改進(jìn)