【正文】 光電檢測(cè)電路 第五章 機(jī)器人禮儀小姐的原理 30 眼睛電路 圖 紅外線發(fā)光二極管發(fā)出紅外線，如果來(lái)賓走進(jìn)屋，他將將紅外線擋回在光敏三極管產(chǎn)生光電效應(yīng)。單片機(jī)需要 +5 伏的電源，而直流電機(jī)需要 +12 伏的電壓驅(qū)動(dòng)。 7805CT 前接 12V 給直流減速電機(jī)使用，三段穩(wěn)壓管 7805 在穩(wěn)壓濾波后輸出 5V 直流電壓，供單片機(jī)電源與直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的隔離。 改變輸出到電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈上的有效電壓的大小可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電流越大，通過(guò)電樞的磁場(chǎng)越強(qiáng)，電樞就轉(zhuǎn)得越快。這些繞組都在電樞軸上的被稱為換向器的金屬片連接。直流電機(jī)是由轉(zhuǎn)子、換向器和定子 3 個(gè)主要部分組成。數(shù) 十年來(lái)，很多深入的研究使得直流電機(jī)變得更快、更強(qiáng)、更高效。 I/O 空間中保留的位應(yīng)該寫(xiě)“ 1”，而保留的地址一般不應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行操作，否則會(huì)對(duì)程序的執(zhí)行產(chǎn)生難以預(yù)測(cè)的影響。 Flash 的擦寫(xiě)次數(shù)在 1000 次以上。 相對(duì)跳轉(zhuǎn)和相對(duì)調(diào)用指令可以直接訪問(wèn) 8KB 的地址空間。 ALU 支持兩個(gè)寄存器之間、寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯操作以及單寄存器的操作。其中 Z 指針還用于查表功能。 A/D 引腳與PA 口的引腳復(fù)用，通過(guò)程序指定是作為普通 I/O 口還是 A/D 轉(zhuǎn)換器的引腳。 AT90S8535 具有 5KB 的 Flash 存儲(chǔ)空間用于存放程序和數(shù)據(jù)。通過(guò)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令， AT890S8535 可以取得接近 1MIPS/MHZ 的性能 第三章 AT90S8535 單片機(jī) 17 AT90S8535 不僅包含了通用的 I/O 接口，而且具備一個(gè) 10 位的 AD 轉(zhuǎn)換器、一個(gè)全雙工的串行接口、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和 3 個(gè)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器。當(dāng)作為輸入時(shí)，如果外部被拉低，由于上拉電阻的存在，引腳將輸出電流。當(dāng)作為輸入時(shí)，如果外部被拉低．由于上拉電阻的存在，引腳將輸出電流。 本章小結(jié) 綜上所述，根據(jù)機(jī)器人禮儀小姐的具體要求以及各種元器件的性能，機(jī)器人禮儀小姐的主要制作工具應(yīng)該選擇 AVR 系列單片機(jī)中的具有極高性價(jià)比的AT90S8535 和具有 優(yōu)良的調(diào)速和啟動(dòng)性能 的直流電機(jī)。在論文的下面章節(jié)中將對(duì)其作詳細(xì)介紹。由模擬器件構(gòu)成的控制器只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制，功能單一升級(jí)換代困難，而且由分立器件構(gòu)成的系統(tǒng)控制精度不高，溫度漂移，器件老化嚴(yán)重，使得維護(hù)成本增高，限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。它是將多個(gè) (或單個(gè) )功率 器件組成半橋或全橋．并集成了快速恢復(fù)二極管、柵極 (或基極 )驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路，并形成的 — 個(gè)混合模塊。內(nèi)部集成的檢測(cè)電路、診斷電路和保護(hù)電路增加了系統(tǒng)的可靠性。驅(qū)動(dòng)電路是將控制電路的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大、并向各功率管送去能使其飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。原來(lái)諧波成分大、功率因數(shù)差的相控變流器已逐漸由斬波器或 PWM 變流器所取代，使電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍明顯增加。 電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)與微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)的結(jié)合使 其發(fā)展成為一門(mén)新的技術(shù) —— 運(yùn) 動(dòng) 控制。以前．對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制應(yīng)用較多．但是．隨著現(xiàn)代化步伐的邁進(jìn)．人們對(duì)自動(dòng)化的需求越來(lái)越高．使電動(dòng)機(jī)的復(fù)雜控制逐漸成為主流．其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。電動(dòng)機(jī)與人們的生 活息息相關(guān)，密不可分。 電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 近些年來(lái)，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的應(yīng)用技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展，新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮 。為使機(jī)器人禮儀小姐有良好的使用性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有寬調(diào)速范圍、高轉(zhuǎn)速和足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 有功能強(qiáng)大的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器及通信接口 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T/C 有 8 位和 6 位，可用作比較器。 ATmemega48/8/16 具有 8 路 10 位 A/D，功能更強(qiáng)的 ATMEGA128 有128KBFlash、 4KB EEPROM、 4 KB RAM、 53 個(gè) I/O 口、 34 個(gè)中斷源、 8 個(gè)外中斷源、 SPI、 UART、 8 路 10 位 A/D 以及 ISP。它具有休眠省電功能及閑置低功耗功能，一般功耗在 ， WDT 關(guān)閉時(shí)耗電為 100nA，這更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。很多單片機(jī)只有一個(gè)累加器，就像走獨(dú)木橋，通過(guò)累加器的速度很慢。學(xué)習(xí) AVR 單片機(jī)可使用 ISP 在線下載編程方式，不需購(gòu)買(mǎi)仿真器、編碼器、擦抹器、芯片適配器等，即可進(jìn)行所有 AVR 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。 為什么選擇 AVR 單片機(jī) 單片機(jī)已廣泛的應(yīng)用于軍事、工業(yè)、家用電器、便攜式智能儀表、機(jī)器人制作領(lǐng)域，使產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量大幅度提高，故障率低，可靠性高，成本低。日常生活中的 VCD 機(jī)、 DVD機(jī)、數(shù)字電視機(jī)、 自動(dòng)化洗衣機(jī)、空調(diào)及其遙控器等設(shè)備都使用各種各樣單片機(jī)：同時(shí)在工業(yè)控制、智能機(jī)器、智能武器、智能化儀表和儀器等領(lǐng)域，他也得到了廣泛應(yīng)用。 第五章是本論文的關(guān)鍵所在，應(yīng)用前面做好的鋪墊，從機(jī)器人禮儀小姐的各個(gè)功能要求出發(fā)，有針對(duì)性的作了各部分電路的設(shè)計(jì)，并對(duì)每一部分作了詳細(xì)的說(shuō)明。數(shù)秒鐘后，機(jī)器人禮儀小姐頭部轉(zhuǎn)回，右手放下，恢復(fù)待命狀態(tài)。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人禮儀小姐技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人禮儀小姐技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間， 機(jī)器人 禮儀小姐 是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn) 服務(wù)業(yè) 的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。 自 1946 年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人 的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。能夠自由行走，和人招手，適合于各大賓館，飯店，娛樂(lè)場(chǎng)，商場(chǎng)為禮待顧客的迎賓員。鑒于機(jī)器人禮儀小姐可以應(yīng)用在餐館商場(chǎng)、大型宴會(huì)等場(chǎng)合，可以吸引更多人的目光，提高宴會(huì)的知名度，將使機(jī)器人禮儀小姐得到更廣泛的應(yīng)用。 總之，本論文是利用 AT90S8535 單片機(jī)作為機(jī)器人禮儀小姐系統(tǒng)的控制元件，控制著驅(qū)動(dòng)元件直流電機(jī)的運(yùn)行，發(fā)音電路的發(fā)音，閃光電路的閃亮等。 1． 2 機(jī)器人禮儀小姐的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的問(wèn)世都是近幾十年的事。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，機(jī)器人禮儀小姐在機(jī)器人的視覺(jué)等技術(shù)就是典 型的代表。隨意播放語(yǔ)音，更換衣服禮儀服務(wù)，可取代禮儀小姐 1． 3 課題的研究對(duì)象、目標(biāo) 、方法 機(jī)器人禮儀小姐的控制電路包括：紅外發(fā)射電路（光監(jiān)測(cè)電路），紅外接收電路，聲音電路，眼睛電路，驅(qū)動(dòng)電路，控制電路。選擇了 AVR 單片機(jī)中的 AT90S8535，以及直流電機(jī)。 單片機(jī)的選擇 什么是 AVR 單片機(jī)？ 單片機(jī)又稱微控制器，它不是完成一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。 AVR 單片機(jī)是目前市場(chǎng)上廣泛流行的通用單片機(jī)之一，硬件、軟件平臺(tái)齊全。 AVR 程序可以并行寫(xiě)入，也可用串行 ISP 在線編程擦寫(xiě)，即不必將 IC 芯片拆下拿到萬(wàn)用編程器 上擦寫(xiě)，而是直接在電路板上進(jìn)行程序修改、燒錄等操作即可，這樣便于產(chǎn)品升級(jí)。 高速、低耗、保密 首先， AVR 單片機(jī)是高速嵌入式單片機(jī)。 高級(jí) C 語(yǔ)言編程效率高。 I/O 口有輸入 /輸出、三臺(tái)高阻輸入，也可設(shè)定內(nèi)部拉高電阻輸入端的功能，以便各種應(yīng)用需要。這種延遲使 I/O 口穩(wěn)定后執(zhí)行程序，以提高單片機(jī)工作的可靠性。 電機(jī)的選擇 第二章 機(jī)器人禮儀小姐的制作工具 7 機(jī)器人禮儀小姐只有有限的幾種合理的移動(dòng)方式：輪式、履帶型或步行型。 步進(jìn) 電機(jī)也稱脈沖電機(jī)，它可以直接接收來(lái)自微處理器的脈沖信號(hào)，使電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)固定的角度，步進(jìn)電機(jī)的速度與給定脈沖的頻率成正比，可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角度位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。無(wú)論是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)備．還是在日常生活中的家用電器，都大量地使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分所用的功率期間經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代，目前開(kāi)關(guān)速度更快、控制第二章 機(jī)器人禮儀小姐的制作工具 9 更容易的全控型功率器件成為主流。 60 年代后期，可關(guān)斷晶閘管 GTO 實(shí)現(xiàn)了門(mén)極可關(guān)斷功能，并使斬波頻率擴(kuò)展到 1kHZ 以上。功率集成電路是電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。已經(jīng)可以做到使用一片驅(qū)動(dòng)器件，一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源來(lái)驅(qū)動(dòng)三相 jp,745 器的六個(gè)開(kāi)關(guān)管，而不必為每個(gè)開(kāi)關(guān)元件獨(dú)立提供電源、隔離驅(qū)動(dòng)等，大大簡(jiǎn)化了外圍電路特別是驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。 ①集成化可以使電路參數(shù)優(yōu)化 ，避免在使用分立元件時(shí)．因不同廠商的產(chǎn)品所帶來(lái)的兼容性問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)短路、過(guò)流、欠壓等故障保護(hù)功能。有的具有高速的數(shù)字處理能力，能實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的控制算法，但價(jià)格不菲，如 DSP 微處理器?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制可以使系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的偏差及導(dǎo)數(shù)以躍變方式作有目的的改變，使系統(tǒng)達(dá)到最佳指標(biāo) 。 A 口還可以用作 ADC 的模擬輸入口。在復(fù)位過(guò)程中， C 口為三態(tài)，即使此時(shí)時(shí)鐘還未起振。 AVCC： A／ D 轉(zhuǎn)換器的電源。 AT90S8535 的復(fù)位邏輯支持上電復(fù)位、外部復(fù)位和看門(mén)狗復(fù)位三種復(fù)位方式。每個(gè) I/O 口都可以獨(dú)立的設(shè)置為輸入或者輸出。 32 個(gè) 8 位通用寄存器可單周期訪問(wèn)。這意味著，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi) AJU 可以完成一次如下操作：讀取寄存器文件中的兩個(gè)操作數(shù)執(zhí)行操作，本將結(jié)果存回到寄存器。 AVR 采用哈佛結(jié)構(gòu)：程序寄存 器和數(shù)據(jù)寄存器分離。在 AVR 單片機(jī)上電時(shí)，堆棧指針初始化為 0X00，故用戶應(yīng)該注意，在程序開(kāi)始時(shí)初始化 16 位堆棧指針寄存器 SP 指向 SRAM 的高位地址。 I/O 寄存器支持專用的 I/O 指令訪問(wèn)和SRAM 地址訪問(wèn)方式。 第四章 直流電動(dòng)機(jī) 24 第四章 直流電動(dòng)機(jī) 直流電機(jī)實(shí)際上是機(jī)器人平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，有著較寬的功率調(diào)節(jié)范圍、適用性好、具有很高的性價(jià)比，是一種最為通用的電機(jī)。 3． 串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后再接于直流電源。 必須指出的是，上面所說(shuō)的是由一根導(dǎo)線繞成的線圈，事實(shí)上，實(shí)際應(yīng)用的電機(jī)中的線圈都將導(dǎo)線繞制成若干匝，成為繞組。附著在電樞中心軸上的三塊金屬片分別連接著環(huán)保轉(zhuǎn)軸的三 個(gè)繞組。 功率平衡方程式 直流電機(jī)的控制 電機(jī)控制起來(lái)是十分簡(jiǎn)便的，首先如果想驅(qū)動(dòng)電機(jī)，只需通電就行。 L298N 的引腳功能如下： 引腳編號(hào) 名稱 功能 1 電流傳感器 A 在該引腳和地之間 接小阻值的電阻可用來(lái)檢測(cè)電流 2 輸出引腳 1 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 A 的輸出端 1，接至電機(jī) A 3 輸出引腳 2 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 A 的輸出端 1，接至電機(jī) A 4 電機(jī)電源端 電機(jī)供電輸入端 5 輸入引腳 1 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 A 的邏輯控制輸入端 1 6 使能端 A 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器的 A 的使能端 7 輸入引腳 3 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 A 的邏輯控制輸入端 2 第四章 直流電動(dòng)機(jī) 27 8 邏輯地 邏輯地 9 邏輯電源端 邏輯控制電路的電源輸入端 10 輸入 引腳 3 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的邏輯輸入控制端 1 11 使能端 B 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的使能端 12 輸入引腳 4 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的邏輯輸入控制端 2 13 輸出引腳 3 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的輸出端 1，接至電機(jī) B 14 輸出引腳 4 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的輸出端 2，接至電機(jī) B 15 電流傳感器 B 在該引腳和地之間接小阻值的電阻可用來(lái)檢測(cè)電流 表 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 A/B 的控制邏輯如表 所示； 使能端A/B 輸入引腳1/3 輸入引腳 2/4 電機(jī)運(yùn)動(dòng)方式 1 1 0 前進(jìn) 1 0 1 后退 1 1 1 緊急停車 1 0 0 緊急停車 0 X X 自由轉(zhuǎn)動(dòng) 表 第五章 機(jī)器人禮儀小姐的原理 28 第五章 機(jī)器人禮儀小姐的原理 機(jī)器人禮儀小姐 的各部分組成 機(jī)器人禮儀小姐的工作電源 機(jī)器人 禮儀小姐的 工作 電壓有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和單片機(jī)工作電源兩部分組成，如圖所示。它有三個(gè)引線端：輸入端（接整流濾波電路的輸出）、輸出端（接負(fù)載）和公共地端。 AT90S8535 單片機(jī)的復(fù)位電路 圖 AT90S8535 單片機(jī)的時(shí)鐘電路