【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 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 1 足球機器人的總體設(shè)計 6 圖 b 圖 c 圖 15 各零部件圖 Figure 15 various spare parts chart 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 7 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 動力驅(qū)動部件與運動方式設(shè)計 在各種機電一體化設(shè)備中動力驅(qū)動部件與運動方式，是系統(tǒng)中最終的執(zhí)行機構(gòu)，是最終的實現(xiàn)者對系統(tǒng)各方面的性能有幾大的影響。 三輪配置 機器人車體配置結(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。 機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 按照現(xiàn)代機器人理論，機器人分為機械手，環(huán)境，任務(wù)和控制器 4 個相互作用的部分。 程序存儲器 (ROM) 8051 共有 4096 個 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛結(jié)構(gòu) 原理 ，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即 馮諾依曼 結(jié)構(gòu) 原理。片內(nèi)是一個振蕩電路反相放大器的輸出端。高電平有效，寬度在 24 個時鐘周期寬度以上，使單片機復位。平時不訪問片外存貯器時，該端以六分之 一的時鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。負載能力為 8LSTTL 門。 (4)輸入 /輸出引腳 P0、 P P2 和 P3 口 ～ （ 39～ 32 腳）：訪問片外存貯器時作為低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線（復用）。 ～ （ 21～ 28腳）：訪問片外存貯器時作為高八位地址線。 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（定時器 /計數(shù)器 0外部輸入端） （ 15腳）： T1（定時器 /計數(shù)器 1外部輸入端） （ 16腳）： /WR（片外數(shù)據(jù)存貯器寫選通信號輸出端） （ 17腳）： /RD（片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號輸出端） 8051 的最小系統(tǒng)連接 線路連接圖 如圖 26所示： 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 12 圖 26 單片機最小系統(tǒng) Figure 26 SCM minimum system (1)找球傳感器 根據(jù)比賽用球為紅外發(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車體前進方向?；叶葌鞲衅饔煞瓷涫郊t外光電判 讀器組成，即一個紅外發(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： 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 14 圖 27 判斷進攻電路原理圖 Figure 27 schematic circuit judge attack 當?shù)孛婊叶茸兓瘯r，對紅外光的反射量隨之變化，白色對紅外光反射力強，輸出電壓高；黑色對紅外光吸收力強，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 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 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。上升沿復位 0809，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標志輸出端。 CLK：時鐘信號輸入端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 8 路模擬形狀的三位地址選通輸入線。 單電池組：用一組電池同時給控制電路和驅(qū)動電機供電。 (3)電機的驅(qū)動與控制 本次設(shè)計采用了 H橋式電機驅(qū)動電路 直流 H 橋功放電路是用于控制直流電機雙向運動的基本電路，該電路使電機在單電源供電下可以雙向運轉(zhuǎn) 。 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 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 雙通道直流電機驅(qū)動芯片 L298N 是 Description ST 公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路。 12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)， ENA， ENB接控制使能端， 同時也是 PWM脈沖是輸入腳， 控制電機的停轉(zhuǎn)。 L298 還有過熱自動關(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)。擰動旋鈕時，電阻值變大或變??；流經(jīng)這個電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動揚聲器的電焦作大學畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 19 流值，使音量相應變大或變小。 簡而言之， PWM 是一種對模擬信號電平進行數(shù)字 編碼的方法。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。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)周期與負載對開關(guān)狀態(tài)變化的響應時間相比必須足夠短。 在電機控制電機 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)，導通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。 PWM脈沖由單片機的 輸出送往 L298 的 6腳和 11 腳，來實現(xiàn)對電機的控制。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)劃場上所有機器人運動的控制命令 )，每個機器人 全部接收，然后機器人根據(jù)自己的地址編號 (機器人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、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，已經(jīng)成功應用于參加的機器人足球比賽實踐中。本章先對程序運行的重要環(huán)節(jié) — AD轉(zhuǎn)換器的讀寫控制進行了說明，再針對各個功能模塊設(shè)計了相關(guān)軟件，各模塊間相互獨立，可用于測試各個部件的運行狀況。 /*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， 兩個輪子反向轉(zhuǎn)動時，可實現(xiàn)以車身中心為圓心轉(zhuǎn)彎，當一個輪轉(zhuǎn)動時，可實現(xiàn)以車輪為圓心轉(zhuǎn)彎。 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 3 足球機器人的軟件設(shè)計 25 p1^3=1。 /* 由電機旋轉(zhuǎn)邏輯表得 */ p1^2=0。 /* 由電機旋轉(zhuǎn)邏輯表得 */ p1^2=0。 /*短距離運動 */ } （ 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，于是當球不在正前方時，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 ，不斷地向球靠近；當球在正前方時，調(diào)入一段長距離執(zhí)行程序，縮短找球時間。 找球程序流程圖 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 3 足球機器人的軟件設(shè)計 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，默認從白到黑為進攻方向進行編程。在判斷正確前進方向時，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 當前 的結(jié)果進行比較，只要其中有一個值增大，就認定為前進方向錯誤，這時調(diào)用以車身中心為圓心的原地轉(zhuǎn)動程序，當轉(zhuǎn)過約 180 度后，讀取當前灰度值保存，再調(diào)用一段短距離直行程序，再次比較灰度值變化趨勢，直到左右兩個灰度值都為減小，這時，機器人前進方向為正確進攻方向。 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 3 足球機器人的軟件設(shè)計 29 在兩個灰度值大小比較時，與紅外傳感器有類似的問題需要注意：相減時出現(xiàn)負數(shù)時需要調(diào)整為相反數(shù)；判斷相等時有傳感器誤差存在，需要設(shè)定閾值，差值小于閾值即認為相等。 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。當外部中斷源有請 求時，該位置 1，其復位由觸發(fā)方式來設(shè)置。 焦作大學畢業(yè)設(shè)計 3 足球機器人的軟件設(shè)計 32 ? 中斷開放和屏蔽 IE 其中， EA為總中斷允許位， EA=1 時開放中斷， EA=0 時關(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。在整個程序中，中斷開放，實現(xiàn)任何狀態(tài)下的碰撞避讓。 ? 測試結(jié)果：機器人能在 40CM 距離左右發(fā)現(xiàn)球，在向球運動過程中，前半段由于基礎(chǔ)電壓小，差值小 于閾值，直線前進；當靠近球時，電壓增大，差值大于閾值，機器人左右調(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：由白向黑行進時，機器人判斷方向為正確進攻方向 ，繼續(xù)前進；由黑向白行進時，機器人發(fā)現(xiàn)方向錯誤，掉頭前進。在以下方面有待改進