【正文】 點(diǎn)擊“小車后退”按鈕，操作界面如圖： 陜西國防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 37 圖 小車后退時的操作界面 在單片機(jī)開發(fā)板上， LED 燈的情況如圖： 圖 小車后退時的電平顯示 由 LED 燈的亮滅可知， 和 為低電平，而 和 為高電平，這表示左履帶電機(jī)和右履帶電機(jī)都是反轉(zhuǎn)，這樣的邏輯電平正好控制小車的后退。 圖 電機(jī)反轉(zhuǎn)時的控制界面 圖 電機(jī)反轉(zhuǎn)時的邏輯電平顯示 在 VB 控制界面上按下“電機(jī)反轉(zhuǎn)”按鈕，會看到單片機(jī)開發(fā)板上的 LED1 燈滅，而LED2 燈亮，說明了 和 的邏輯電平分別是 0 和 1。 在 PC 機(jī)上，我采用了較為熟悉的 VB 程序開發(fā)工具生成界面，設(shè)計的界面如圖 所示。發(fā)送之前需將 PTR2021 模塊設(shè)置為發(fā)送狀態(tài)，然后等待至少 5ms 的時間后，再進(jìn)行發(fā)送。 一個協(xié) 議如果能糾正數(shù)據(jù)的錯誤，則認(rèn)為該協(xié)議時可靠的。在簡單的數(shù)據(jù)傳輸中，通信只朝一個方向進(jìn)行，從發(fā)射端到接收端。發(fā)射到接收的轉(zhuǎn)換時間為 5ms。 瓦斯?jié)舛葌鞲衅髂K程序流程圖： 開 始A/D轉(zhuǎn) 換 芯 片 接 收傳 感 器 模 擬 信 號轉(zhuǎn) 換 后 的 數(shù) 據(jù)傳 送 到 單 片 機(jī)結(jié) 束A/D轉(zhuǎn) 換 圖 瓦斯?jié)舛葌鞲衅髂K程序流程 圖 電機(jī)驅(qū)動模塊軟件設(shè)計 采用單片機(jī)以及直流電機(jī)驅(qū)動模塊 L298 分別控制左、右履帶電機(jī)，前、后擺臂電機(jī)以及攝像機(jī)驅(qū)動電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。 DHT11 接收到主機(jī)的開始信號后，等待主機(jī)開始信號結(jié)束，然后發(fā)送 80us 低電平響應(yīng)信號。 軟件的總體設(shè)計思路 首先，單片機(jī)與 PC 機(jī)之間需要建立通信，因此無線收發(fā)模塊 PTR2021 需要相應(yīng)的程序支持它工作，最關(guān)鍵的是頻道選擇與控制方式選擇的設(shè)置；單片機(jī)跟傳感器之間有數(shù)據(jù)陜西國防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 28 的交換，因此傳感器 DHT11 以及 MH440 方面也需要相應(yīng)的 驅(qū)動程序，能順利驅(qū)動傳感器獲得數(shù)據(jù)信息；單片機(jī)還要通過改變輸出腳的電平來控制直流電機(jī)的運(yùn)動方式，因此， L298也需要相應(yīng)的程序運(yùn)行。然后分別由 C51 及 C51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) 軟件開發(fā)環(huán)境簡介 Keil C51 是 美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。本設(shè)計選用的是低功耗 RS232 電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232。本設(shè)計采用的是 Atmel 公司的 AT89C51，它通過自己的并口控制模塊的發(fā)射接收控制、頻道轉(zhuǎn)換和待機(jī)模式。 2. V+、 V（ 6 腳）：充電泵產(chǎn)生的 +、 電壓。 現(xiàn)在最常用芯片是 RS232 與 TTL 雙向電平轉(zhuǎn)換芯片。 通過無線傳輸模塊向單片機(jī)發(fā)送命令。 4. 單片機(jī)的 和 端口控制后擺臂電機(jī)，改變 和 端口的邏輯狀態(tài)可以實現(xiàn)后擺臂電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。 （ 2）． 初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。 （以上兩種信號用于啟動 A/D 轉(zhuǎn)換） . EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。 ADC0809 的引腳分布如圖 所示： 圖 ADC0809 的引腳分布圖 各腳功能如下： D7D0： 8 位 數(shù)字量輸出引腳。當(dāng) ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 ADC0809 芯片介紹 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件。 沒有返回信息。其通信方式如下： 陜西國防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 18 將傳感器 VCC 端接 5V， GND 端接電源地， VOUT 端接 ADC 的輸入端。因此在測量濕度時，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。在非正常工作條件下長時間使用會加速產(chǎn)品的老化過程。 圖 DHT11 典型應(yīng)用 DHT11 的電源引腳 DHT11 的供電電壓為 3－ 。 將接收端 芯片設(shè)置為接收方式，使得 TXEN 為低電平， PWR 為高電平，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng) RS232 電平轉(zhuǎn)換后送給計算機(jī)串口，用計算機(jī)終端程序（如串行調(diào)試助手）即可監(jiān)視到接收到的 ASCII 數(shù)據(jù)。 TXEN：模式切換。各引腳的功能說明如下： 圖 PTR2021 引腳分布圖 VCC：電源輸入端，電壓范圍為 ~。 PWR=1 時，芯片處于工作狀態(tài)； PWR=0 時，芯片待機(jī)狀態(tài)。 VCO VCO2：外界壓控振蕩電感。 nRF401 有兩個可選擇的工作頻道，采用半 雙工工作模式，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 20kbit/s。 nRF401 芯片說明 nRF401 是挪威 Nordic 公司推出的射頻收發(fā)芯片， nRF401 在一個 20 腳的芯片中集成了高頻發(fā)射 /接收、 PLL 合成、 FSK 調(diào)制 /解調(diào)和多頻道切換等功能，在低成本數(shù)字無線通信應(yīng)用中具有突出的技術(shù)優(yōu)勢。 外形如圖 所示。該傳感器使用方便，可直接用來替代催化燃燒元件，廣泛應(yīng)用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場合。1 %RH 長期穩(wěn)定值 典型值 177。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。 溫濕度傳感器 DHT11 簡介 在系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)計方面，我選擇了具有溫度、濕度一體檢測的智能數(shù)字式傳感器DHT11，因為它不僅能穩(wěn)定可靠地檢測出溫度、濕度這兩種環(huán)境參數(shù)，而且輸 出的信號是數(shù)字信號，可以直接被單片機(jī)識別，且與單片機(jī)的通信簡單，易于實現(xiàn)。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 /PSEN 信號不出現(xiàn)。 ? ALE//PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和其它控制信號。 ? P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。救災(zāi)機(jī)器人的研究內(nèi)容廣泛，包括移動機(jī)構(gòu)、探測技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、導(dǎo)航和定位技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、仿生技術(shù)等方面。參與救援工作的救護(hù)隊員在深入井下，會遇到二次爆炸等各種危險狀況。陜西國防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 I 基于 AT89C51 單片機(jī)的營救機(jī)器人的設(shè)計與制作 摘 要 本論文 提出了 一種煤礦井下環(huán)境探測與搜救機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計方案，該機(jī)器人 集先進(jìn)的機(jī)械、電子、信息、控制工程等技術(shù)于一身， 采用仿生學(xué)原理，綜合蛇形機(jī)器人、履帶式機(jī)器人和輪式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，采用履帶和輪胎、伸縮結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，能適應(yīng)崎嶇不平的地形環(huán)境，可以輕松爬上較高樓梯、跨越壕溝， 用于搜索幸存者、探測檢測井下環(huán)境 ， 具有體積小、成本低、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)。 我國煤礦大多數(shù)為井工開采，不安全因素很多 ，瓦斯煤塵和火災(zāi)等災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，災(zāi)害事故危害嚴(yán)重，傷害人員多，中斷生產(chǎn)時間長，損毀井巷工程或生產(chǎn)設(shè)備。它既借鑒危險作業(yè)機(jī)器人的理論和方法，又拓寬新的研究領(lǐng)域，具有相當(dāng)?shù)难芯亢蛻?yīng)用前景?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時／計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。對端口寫 ―1‖，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 ? P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 l／ 6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 ? EA／ VPP：外部訪問允許。 DHT11 產(chǎn)品概述 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。1 %RH/yr 溫度 分辨率 1 1 1 ℃ 8 8 8 Bit 重復(fù)性 177。 MH440V/D 的特點(diǎn) 、恢復(fù) 償 MH440V/D 工作環(huán)境條件 工作電壓： 3~5V DC 溫度范圍： 20℃ ~60℃ 濕度范圍： 0~95% RH MH440V/D 主要技術(shù)參數(shù) 工作電壓 3~5V DC 陜西國防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 9 工作電流 75~85mA 接口電平 3V 測量范圍 0~5%vol（ 0~100%vol 范圍內(nèi)可選） 輸出信號范圍 ~2V DC 分辨率 1%FSD 預(yù)熱時間 90s 響應(yīng)時間 T9030s 重 復(fù)性 零點(diǎn) 177。 圖 L298 驅(qū)動芯片外觀 L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片( Dual FullBridge Driver ) ，內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動 2 個二相或 1 個四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個 HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接 由單片機(jī)的 IO 端口來提供模擬時序信號 。工作在國際通用的 ISM 數(shù)傳頻段的兩個頻道（ 和 ），采用高接收敏度（ 105dBm）和小發(fā)射功率（ 5~10dBm）設(shè)計策略。工作電壓為~5V，待機(jī)狀態(tài)耗電僅為 8μA，能滿足低功耗的設(shè)計要求。 DIN：發(fā)射數(shù)據(jù)輸入端，該引腳用于接收單片機(jī)要發(fā)送的數(shù)據(jù)。 TXEN：模 式切換。 CS：頻道選擇。 TXEN=1 時，芯片處于發(fā)送 狀態(tài)； TXEN=0 時，芯片處于接收狀態(tài)。 通過以上簡單測試方法，可以直接判定 PTR2021 模塊是否可以正常工作。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間無需發(fā)送任何指令。 暴露在化學(xué)物質(zhì)中 電阻式濕度傳感器的感應(yīng)層會受到化學(xué)蒸汽的干擾，化學(xué)物質(zhì)在感應(yīng)層中的擴(kuò)散可能導(dǎo)致測量值漂移和靈敏度下降。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板，在安裝時應(yīng)盡可能將 DHT11 遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外殼的良好通風(fēng)。傳感器經(jīng)過預(yù)熱時間后從 VOUT 端輸出表征氣體濃度的電 壓值， ~ 代表氣體濃度值 0~滿量程。 3) SPAN 點(diǎn)校準(zhǔn)時發(fā)送： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 起始位0XFF 探測器編號 命令 0X88 Span 高位 Span 低位 00 00 00 校驗值 第一個字節(jié) (0xff)為起始字節(jié)，第二個字節(jié)為探測器編號，第三個字節(jié) (0x88)為命令，第四個字節(jié)為 span 高位值，第五個字節(jié)為 span 低位值，后三個字節(jié)為任意值 ,最后一個字節(jié)為校驗和 。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 IN0IN7： 8 位模擬量輸入引腳。 OE：輸出允 許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 （ 3）． 送要轉(zhuǎn) 換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 5. 單片機(jī)的 和 端口控制攝像頭電機(jī)，改變 和 端口的邏輯狀態(tài)可以實現(xiàn)攝像頭電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停止。 如圖 所示，本設(shè)計 無線數(shù)據(jù)傳輸部分的硬件設(shè)計包括單片端和 PC 端兩部分，兩部分的重點(diǎn)都是如何實現(xiàn)基于 PTR2021 模塊的無線接口。本設(shè)計采用的芯片是 Maxim 公司的 MAX3232 芯片，該芯片的特點(diǎn)如下： 符合所有的 RS232C 技術(shù)規(guī)范。 3. C2+、 C2（ 5 腳）：轉(zhuǎn)換充電泵電容的正、負(fù)端。 陜西國防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 25 圖 單片機(jī)與 PTR2021 連接 硬件電路原理圖 AT89C51 主要完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)送兩個功能。 圖 所示為 PTR2021 與計算機(jī)串口進(jìn)行連接的典型應(yīng)用電路。 陜西國防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 27 Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿 真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件 (.ABS)。 主要功能模塊軟件設(shè)計 溫濕度傳感器模塊軟件設(shè)計 DHT11 的 DATA 引腳用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間 4ms 左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時等待2040us 后，讀取 DHT11 的響應(yīng)信號，主機(jī)發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。 電機(jī)驅(qū)動模塊程序流程圖： 陜西國防學(xué)院機(jī)