【正文】 形時，就可以保證波形的連續(xù)性（因為蛇體的節(jié)數(shù)限制波形數(shù)）。 （ 5）眼鏡蛇式運(yùn)動 在水平平面的波動和伸縮運(yùn)動的合成，效率很高，但是與地面的相對滑動也很大。 圖 25 蛇的蜿蜒運(yùn)動 圖 26 蛇的直線蠕動 （ 2）直線式蠕動 在自然界中，蛇 利用脊柱從頭傳到尾的間歇收縮，毒蛇能夠筆直的前行，如同蚯蚓一樣。 （ 6）可以實現(xiàn)全雙工的 串行通信 。 7 L P C 2 1 3 1直 流 減速 電 機(jī)紅 外 避障M G 9 9 5 舵機(jī)無 線 遙控 圖 22 LPC2131 控制框圖 51單片機(jī) 本次設(shè)計所用的單片機(jī)是 51 系列里面的 STC89C52 芯片，是兼容于 Intel 8031 指令系統(tǒng) 的單片機(jī)的上級統(tǒng)稱。 PINSEL0 和 PINSEL1 兩位數(shù)字代表選擇某個引腳何種功能。 LPC2131 開發(fā)板上自帶了獨(dú)立鍵盤、 LED 發(fā)光、 5V 蜂鳴器等常用部件。 第三章：針對測量距離、液晶顯示、避開障礙物、數(shù)字遙控、蛇體運(yùn)動，從如何實現(xiàn)、硬件電路以及部分軟件編程入手，進(jìn)行深入分析，設(shè)計出相應(yīng)的控制方案。對于四鍵式無線遙控，主要模塊就是 2262 和 2272 兩個接收和發(fā)射模塊的配合，當(dāng)有按鍵被按下時，電平被拉高，輸出有效的，通過 74LS04 反相器輸出低電平，傳送給ARM 單片機(jī)控制蛇的擺動和 前進(jìn)，其傳輸頻率為 315MHZ。 蛇形機(jī)器人的簡介 本 設(shè)計 以 STC89C51 為控制芯片， 主要由 4 個部分組成，分別為控制部分、機(jī) 械部分、無線傳輸部分、電源部分、上位機(jī)顯示部分 。在此基礎(chǔ)上，日本 大學(xué)發(fā)明了旁邊帶輪子的ACMR3,此種蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，并可以實現(xiàn)直接驅(qū)動的前進(jìn)和后退運(yùn)動、側(cè)面翻滾、螺旋式的轉(zhuǎn)動、一定弧度等各種運(yùn)動形式。同樣，使用履帶可以改進(jìn)移動機(jī)構(gòu)適應(yīng)地面的能力，但它卻無法充分實現(xiàn)運(yùn)動的靈活性。機(jī)械模塊以 UVPC 管為原材料，鋸成蛇身體的單元結(jié)構(gòu)，再以鉚釘連接。而蛇作為一種無脊椎生物 ， 靠身體的蠕動可以靈活完成這些任務(wù)。 關(guān)鍵詞： LPC2131，蛇形機(jī)器人，直流減速電機(jī)，舵機(jī)， NRF905 II Subject: Design of snake like robot based on LPC2131 software Specialty: Automation Name: Song Daining (Signature) __________ Instructor: Li Hongyan (Signature) __________ ABSTRACT For earthquake,poison gas or narrow space,as an ordinary people,we are difficult to acplish some certain tasks,so we can go to find some substitute goods for human snake as a kind of invertebrates that creeping can be flexible to plete these tasks by the body. This topic is based on this opinion,so it uses LPC2131 and 51 singlechip microputer as the controller to achieve the three degrees of freedom movement of the snakelike , infrared obstacle avoidance,digital remote control receiver,NRF905 wireless data transmission module, ultrasonic distance measuring module, LCD1602 display, and monitoring part with PC software are carried in front of the snake,so people know the situation. Snakelike robot is divided into four modules: power supply,controller,mechanical module and wireless transmission module. The snake39。蛇運(yùn)動的典型特點(diǎn)是 ： 運(yùn)動方式多變化、良好的地面適應(yīng)性和運(yùn)動穩(wěn)定性。從此之后，法國、加拿大、瑞典等科學(xué)家也相繼開展了與之相關(guān)課題的研究。而 LPC2131 主要控制的是舵機(jī)、直流電機(jī)、紅外避障模塊、無線遙控。 上位機(jī)模塊主要是利用 Labview 軟件，在 Keil 里面編寫好下位機(jī)模塊后，通過 905把數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)之后，再由串口 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X里面，通過 Labview 編程之后，得到一個上位機(jī)的界面，再把數(shù)據(jù)從這個界面中用曲線和數(shù)字的形式顯示出來。 5 2 理 論概述 本課題是基于 LPC2131 的蛇形機(jī)器人的設(shè)計與實現(xiàn)。如今 隨著 閃存 ROM 技術(shù)的 更新?lián)Q代 ， 靈活的跳線組合，還有用戶 GPIO 接口，使我們更加方便的對 32 位 ARM 進(jìn)行開發(fā) ,如圖 21 所示 。 （ 2）主要有 7 種工作模式，分別為：管理模式、中止模式、未定義模式、中斷模式、快速中斷模式、用戶模式、系統(tǒng)模式。 圖 23 51 單片機(jī)原理圖 51 單片機(jī)的主要性能： （ 1）數(shù)據(jù)位為 8 位的 CPU，程序存儲 器 (ROM)的內(nèi)存大小為 4kB(52 系列的為 8KB)。 51 單片機(jī)的主要部分 : （ 1） CPU：由運(yùn)算控制器和邏輯控制器組成，還包括中斷和外部 特殊功能的寄存器 ； （ 2） RAM：用來放置需要讀寫的數(shù)據(jù)，比如說一些運(yùn)算的過程性結(jié)果、最終性結(jié)果以及將要顯示出來的數(shù)據(jù)； （ 3） ROM：用來存放運(yùn)行過程中的程序、一些原始性數(shù)據(jù)和表格； （ 4） I/O 口：四組 8 位共 32 個并行的 I/O 口， 既可作為數(shù)據(jù)的輸入接口，也可作為數(shù)據(jù)的輸出接口板，本次設(shè)計中 P1 口接有上拉電阻，其他口如果想要做為一般的輸入輸出口，既需要接上拉電阻； （ 5） T/C：兩個內(nèi)部自帶的定時 /計數(shù)器，通過我們的設(shè)置，其既可以應(yīng)用于定時的模式，也可以應(yīng)用于計數(shù)的模式中； （ 6）主要有復(fù)位電路和時鐘電路。 （ 3）蠕動 此運(yùn)動方式是 在豎直平面上的波動，優(yōu)點(diǎn)是效率較高，且與地面的相對滑動較小，但存在穩(wěn)定性問題，如圖 27 所示 。 考慮簡單的運(yùn)動模式－蠕動如圖 21 212 和式 2 22 所示 。該技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備安全運(yùn)作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率特別具有潛在能力。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。 (2)橫波聲速公式為 2121 )ρ(])μ1(2ρ[ GEC q =+= （無限介質(zhì)） (26) 在固體中， 式 (26)的 μ 介于 0—— 5 之間，因此一般可視為橫 波聲速為縱波的一半。在平面波的情況下，距離聲源 x 處的聲壓 p 和聲強(qiáng) I 的衰減規(guī)律如下： Axepp ?? 0 AxeII 20 ?? 式中： 00,Ip —— 距離聲源 x=0 處的聲壓和聲強(qiáng)； x—— 超聲波與聲波間的距離； A—— 衰減系數(shù)，單位為 cmNp/ （奈培 /厘米）。本 次設(shè)計所采用的 測量電路 就是 第二種方案。= XXL 。以 D0 所接繼電器為例，當(dāng)發(fā)射的數(shù)據(jù)信號時： 0001 時， 2272 輸出的數(shù)據(jù)也為 0001，換言之就是 IC3的 1 12 腳輸出低電平， 13 腳輸出高電平，這個高電平經(jīng) R2 向 VT1 提供基極電流，VT1 飽和導(dǎo)通，繼電器 K1 得電吸合，它所控制的電氣設(shè)備工作，這樣通過手上的遙控 16 器的操作，完成了對電氣設(shè)備的遙控控制，若選用的解碼芯片為 M 型，則當(dāng)遙控信號消失后，所有數(shù)據(jù)位全部輸出為低電平，控制的四路繼電器全部斷開。 17 PT2272 各輸出端通過各種接口即可控制相應(yīng)的負(fù)載 圖 216 PT2262 發(fā)射電路 圖 216 是 PT2262 構(gòu)成 6 路發(fā)射電路，圖中 PT2262IR 的 VDD 是通過按鍵接通后向芯片供電，這樣靜態(tài)時， PT2262IR 并不耗電，特別適合是電池供電的場合。主控MCU 可以使用 GPIO 端口控制 NRF905 的 3 根控制線，控制低功耗的 PWR_UP、正常工作的 TX_EN、選擇發(fā)送還是接收方式的 TRX_CE。 SPI 總線的每次操作都必須在使能引腳 CSN 的下降沿開始， CSN 低電平有效，總線上的數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿有效。這時導(dǎo)體cd 受力方向變?yōu)?從右向左，導(dǎo)體 ab 受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向。 由于單極性工作制電壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。作為顯示部分，介紹了 1602的引腳和控制字等內(nèi)容，在蛇形機(jī)器人的動力方面，對直流電機(jī)和 PWM 控制原理，給出了全面的理論分析，為下面內(nèi)容的展開做好了鋪墊。 方案二：采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。 PWM原理 PWM 調(diào)速工作方式： 方案一：雙極性工作制。一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。 NRF905 在處于接收模式時，若檢測到接收頻率段的載波，就置 CD 為高。 接收芯片 PT2272 的數(shù)據(jù)輸出位根據(jù)其后綴不同而不同，數(shù)據(jù)輸出具有 “暫存 ”和 “鎖存 ”兩種方式，方便用戶使用。 Dout 輸出的編碼信號是調(diào)制在 38kHz 載波上的， OSC OSC2 外接的電阻決定載頻頻率，一般電阻可在 430k—470k 之間選擇即可。 無線原理 隨著無線電技術(shù)的不斷成熟，各種遙控設(shè)備已大量地在人們的生活中應(yīng)用，讓我們體會到了許多的方便，本次設(shè)計我們所使用的是一款 4 路數(shù)字式遙控 開關(guān)。 據(jù)官方統(tǒng)計， 超聲波在 大 氣中的傳播速度為 米 /秒， 考慮誤差、溫度等的影響，當(dāng)做 340 米 /秒計算，實時計算的過 程，由 51 單片機(jī)負(fù)責(zé) 執(zhí)行 ， 51 單片機(jī) 所 使用 的 晶振 是 的 ， 因此，該超聲波 系統(tǒng)的 能夠達(dá)到的 測量精度 從 理論上 來算是 達(dá)毫米級 的。當(dāng) ξξξ 21 == 時 ， rξ λπcosξ2 d= ； 當(dāng) d 2λ= 的奇數(shù)倍時，兩波相互抵消合成幅度為 0。反射角、折射角與聲速 21,cc 滿足折射定律關(guān)系式 (29)： 21βsinαsin cc= 。超聲波在氣體和液體中，其傳播速度 CgL =（aBρ1 ） 21 式中 ρ —— 介質(zhì)的密度； aB —— 絕對壓縮系數(shù)。按超聲波振動輻射大小不同大致可以分為：用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用，稱之為功率超聲；用超聲波獲取信息，稱為檢測超聲。 Charangle_x_r1[36]={90,85,80,75,70,65,60,55,50,45,40,35,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95,100,105,110,115,120,115,110,105,100,95} 設(shè)定相位差為 6，則六個關(guān)節(jié)為一個波長，數(shù)據(jù) 的傳輸如下表 ： 表 21 蛇的運(yùn)動傳輸 關(guān)節(jié) 一 二 三 四 五 六 ?? T1 90 60 30 60 90 120 T2 85 55 35 65 95 115 T3 80 50 40 70 100 110 T4 75 45 45 75 105 105 T5 70 40 50 80 110 100 T6 65 35 55 85 115 95 我們可以得到一個完整、平滑、比較自然的單個波峰，蠕動波形前進(jìn)的運(yùn)動。一條曼巴（非洲一種樹蛇）在 43 米的距離內(nèi)的最大速度是 11km/h，如圖 29。爬行時，蛇體在地面上作水平波狀彎曲，使彎曲處的后邊施力于粗糙的地面上，由地面的反作用力推動蛇體前進(jìn)，如果把蛇放在平滑的玻璃板上，那它就寸步難行，無法以這種方式爬行了 ，當(dāng)然，不必因此為蛇擔(dān)憂，因為在自然界是不會有像玻璃那樣光滑的地面，如圖 25 所示 。 （ 5）共兩個可以進(jìn)行編程的定時 /計數(shù)器，內(nèi)部中斷源 5 個，可以選擇 2 級優(yōu)先級權(quán)（ 52 有 6 級優(yōu)先權(quán)） 。 LPC2131 的外圍模塊化的連接，如圖 22 所示 。 LPC2131 的大部分引腳都可以有復(fù)用的功能，因此需要有一個專門的寄存器來對某個引腳使用什么功能進(jìn)行選擇，在 LPC2131 中，該寄存器就是 PINSELx.。 LP