【正文】 不平的地面。 單片機(jī)價格低廉，體積小巧，一般為 20 引腳或 40 引腳封裝，其中包括了中央處理器，數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器輸入輸出設(shè)備。 比賽的場地圖紙為縱向的黑白灰度漸變，這意味著機(jī)器人對進(jìn)攻方向作出正確判斷必須要能讀出場地的灰度變化信息。 圖 11足 球車機(jī)器人的算法 Figure 11 soccer robot vehicles algorithm 然而在這一過程中 最關(guān)鍵 的一步是把球攻進(jìn)正確的球門 ， 其難點(diǎn)在于找球的傳感器與地面方向的傳感器是相互獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，怎樣才能讓機(jī)器人判斷當(dāng)前狀態(tài)是找球過程還是在帶球進(jìn)攻過程。利用該信號作為是否持球的判斷標(biāo)志，單片機(jī)不斷查詢該標(biāo)志位。其靈活性穩(wěn)定性都比較好。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別 加以說明： 中央處理器 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作 。 圖 2— 5 單片機(jī)封裝圖形 Figure 25 SCM Packaging Graphics MCS51 系列單片機(jī)中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。 ALE/（ /PROG）（ 30腳）：地址鎖存信號端。 /EA 端接低電平時， CPU 僅從片外程序存貯器取指令。負(fù)載能力為 3 個 LSTTL 門。 (4)碰撞傳感器 當(dāng)機(jī)器人與墻體發(fā)生碰撞時，裝于持球檢測臂上部的微動開關(guān)會被按下，導(dǎo)致一個中斷脈沖，使機(jī)器人進(jìn)入中斷處理程序 —— 倒退，轉(zhuǎn)向，避開障礙。 雙 積分分式 A/D 轉(zhuǎn)換器具有精度、抗擾性好、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但是轉(zhuǎn)換速度慢。在信號前沿處把 ADDA、 ADDB、 ADDC 三條選擇狀態(tài)鎖存在寄存器中，當(dāng)該線為高電平時，地址才解鎖，便可選擇通道。 V（ +）：正參考電壓輸入端，通常 VREF(+) 接班人 +5V 電源。 雙電池組：用兩組電池分別給控制電路和驅(qū)動電機(jī)供電 ， 可減少電機(jī)開關(guān)時的能量波動。其引腳排列如圖 1中 U4 所示， 1 腳和 15 腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳號。 模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。 通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。 下面幾副 圖顯示了三種不同的 PWM 信號。如果在下一個 50ms 中將開關(guān)斷開，燈泡得到的供電將為 0V。在其他 PWM應(yīng)用場合也有同樣的要求。 （ 7）當(dāng)輸入信號為零時，伺服電機(jī)處于微振狀態(tài)，克服了靜摩擦力的影響，有利于改善伺服系統(tǒng)低速運(yùn)行時的平性。 主要特性為：微型 PCB(印制電路板 )疊層結(jié)構(gòu)；工作在業(yè)余無線電波波段；可雙向傳送；單向傳輸速率可達(dá)到 40 kbit/s；室內(nèi)有效范圍為 20 m，空曠處有效范圍為 100 m；工作電壓范圍 V～ V，工作電流小于 15 mA；可與 CMOS 邏輯和 TTL 邏輯兼容。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計 23 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計 在完成了硬件的設(shè)計之后，需要進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計，對機(jī)器人的控制的思想，是直接通過軟件程序表達(dá)的。 /*存放找球傳感器的數(shù)值 */ uchar idata ac[2]。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計 24 for(i=0。 for(i=0。 （ 1） 直行程序 void line(void) /*用于進(jìn)攻 */ { p1^1=1。 p1^4=0。 p1^3=0。 p1^2=0。當(dāng)球在背后時，兩個紅外傳感器沒有光接收，此時以車身中心為圓心進(jìn)行轉(zhuǎn)動，直到搜索到球為止。 /*提取找球傳感器的值 */ 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計 28 a=ad[0]ad[1]。該模塊大致分為兩個步驟，首先判斷前進(jìn)的方向是否是進(jìn)攻的方向，之后，再判斷前進(jìn)的方向是否平行于邊線正對球門。 abc0809_2(ac)。 中斷控制設(shè)置 MCS51 系統(tǒng)中斷控制由 4 個專用寄存器組成。 ? 中斷優(yōu)先級設(shè)定 IP 其中 PX0 為外部中斷 0優(yōu)先級設(shè)定， PX0=1 時，為高優(yōu)先級。 ? 測試軟件：找球程序模塊，差值閾值 ，無紅外情況輸出電壓 。默認(rèn)由白向黑進(jìn)攻。 （ 2） 數(shù)值的使用 ：目前能使用的紅外傳感器只能實現(xiàn)簡單地計算比較 ， 精確的計算差值，必利 用差值對轉(zhuǎn)向進(jìn)行精確的控制， 在用差值去調(diào)整 PWM 去改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，再加入 PID 環(huán)節(jié)就會更好， 這也是改進(jìn)的方向之一。 機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要改變，并實現(xiàn)一定功能，本設(shè)計中的 “ 持球探測臂 ” 就是通過機(jī)器人的外形實現(xiàn)功能，大大簡化了軟件程序的算法，是本設(shè)計的創(chuàng)新之處。 ? 測試軟件：裝入直行程序，中斷開放，中斷服務(wù)程序為倒退延時 1 秒，原地轉(zhuǎn)彎延時 1秒。整個程序運(yùn)行過程中，通過查詢方焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計 33 式來判斷是否持球。該方式中 CUP 響應(yīng)中斷后不能自動清除 IE標(biāo)志位，所以中斷返回前，外部中斷源引腳上的低電平必須撤銷。} /*左轉(zhuǎn) */ else { right()； } /*右轉(zhuǎn) */ } 碰撞避讓程序的硬件實現(xiàn) 本設(shè)計的碰撞避讓系統(tǒng)，是通過 51 單片機(jī)的中斷控制功能實現(xiàn)的。這個動作左右兩個灰度傳感器轉(zhuǎn)換結(jié)果之間的比較完成。 } } 編程思路 進(jìn)攻方向的判斷是根據(jù)對面灰度的增減比較來進(jìn)行的。 （ 3） 當(dāng)進(jìn)行閾值判斷時，差值有可能得到負(fù)數(shù)，在此情況下應(yīng)求其相反數(shù)。 /*當(dāng)后退后在旋轉(zhuǎn)調(diào) 頭 */ } 編程思路 找球的過程是通過對左右兩個紅外傳感器的電壓數(shù)字量比較實現(xiàn)的。 /* 由電機(jī)旋轉(zhuǎn)邏輯表得 */ 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計 26 p1^2=1。 p1^4=1。 pwm1()。 } } 程序原理 機(jī)器人在實際運(yùn)用中，需要作出的動作有：前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，其中，左右轉(zhuǎn)可以根據(jù)需要分別有以車身中心為圓心轉(zhuǎn)動和以車輪為圓心轉(zhuǎn)動。 } } void abc0809_2(uchar data *x) /*提取灰度傳感器值的函數(shù) */ { uchar i 。 /*取找球傳感器的數(shù)值 */ } void abc0809_1(uchar data *x) /*提取找球傳感器值的函數(shù) */ { uchar i 。 A/D 轉(zhuǎn)換器的讀寫控制模 塊 [8] A/D 轉(zhuǎn)換的過程首先向 P0 和 P2端口輸入 AD0809 的通道 0 地址，此時 ALE 地址鎖存在信號將，地址鎖存，單片機(jī)讀寫端 RD____,W__R__， OE 有高電平打開三態(tài)門，同時， STRAT 和 ALT接在 一起，程序輸入一個正脈沖啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，把內(nèi)部轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送往總路線，當(dāng) EOC 由低變高時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)換結(jié)束。接線電路見圖 217。它 是英國 Radiometrix 公司的一款低功耗超高頻數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，載波頻率分別為 418 MHz 和 433 MHz，具有通信速率高、性能可靠、體積小的優(yōu)點(diǎn)，只接少許外圍電路即可工作，使用非常方便，既可發(fā)送又可接收。 （ 3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高 ，調(diào)速范圍寬，可達(dá) 1： 10000 左右。設(shè)想一下如果燈泡先接通 5秒再斷開 5 秒 ，然后再接通、再斷開 ?? 。例如，假設(shè)供電電源為 9V，占空比為 10%，則對應(yīng)的是一個幅度為 的模擬信號。 PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有 (ON)，要么完全無 (OFF)。 模擬電壓和電流可直接用來進(jìn)行控制，如對汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。它可被用來驅(qū)動兩個直流電機(jī)或者是雙極性步進(jìn)電機(jī)。為使電機(jī)順時針轉(zhuǎn)，應(yīng)接通三極管 A 和 D,對電機(jī)而言，其電壓右負(fù)左正 ；逆時針轉(zhuǎn)時， 應(yīng)接通三極管 B 和 C,對電機(jī)而言，其電壓 左 負(fù) 右 正 。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 16 圖 29 A/D轉(zhuǎn)換電路圖 Figure 29 A / D converter circuit 電源供應(yīng)部分 (1)穩(wěn)壓塊選用 本系統(tǒng)所有芯片都需要 +5V 的工作電壓，而干電池足能提供的電壓為 的倍數(shù)的電壓，并且隨著使 用時間的延長，其電壓會逐漸下降，想要得到穩(wěn)定的 +5V工作電壓，則需要 L7805 穩(wěn)壓芯片。 OE： 輸出允許控制信號。 DB0~DB7： 8 位數(shù)字量輸出端。 (5)A/D 轉(zhuǎn)換部分硬件電路 [7] A/D 數(shù)模變換是把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以識別的數(shù)字信號。 (2)控球判傳感器 控球判斷傳感器也是一只紅外三極管，安裝在控球探測臂上，感光方向為正下方 見前面的模型中 其原理同上，因只需判斷持球與否連個狀態(tài)，所以不需要 AD轉(zhuǎn)換比較，輸出量為數(shù)字量直接輸入到單片機(jī) 口進(jìn)行判讀。 ～ （ 1～ 8腳）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口。該引腳有復(fù)用功能， 為片內(nèi)程序存貯器編程（固化）的編程脈沖輸入。片內(nèi)是一個振蕩電路反相放大器的輸入端。 中斷系統(tǒng) 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 綜合各種因素考慮，本設(shè)計采用圖 21 所示的四輪配置方案 硬件電路設(shè)計 本章按照機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊，把本機(jī)器人分解為主控部分，傳感器部分， AD轉(zhuǎn)換部分，電源供電部分以及電機(jī)驅(qū)動部分。足球機(jī)器人也不例外，因此為機(jī)器人找一個好驅(qū)動方式，是必需的。 由于機(jī)器人套件的外形限制，在外形上做一些改動以適應(yīng)算法需要的想法無法實現(xiàn)。紅外接收管可用上述光電二極管或三極管。 發(fā)出紅外光的足球意味著機(jī)器人必須有紅外傳感器來對其進(jìn)行檢測。它的缺點(diǎn)是對路面要求較高，適于平整硬質(zhì)路面。 步行移動方式模仿人類或動物的行走機(jī)理，用腿腳走路，對環(huán)境適應(yīng)性好，智能程度也相對較高。目前，國際上推出了各種不同類型的機(jī)器人比賽，如機(jī)器人足球、機(jī)器人舞蹈、機(jī)器人相撲、機(jī)器人投籃等，其中尤以機(jī)器人足球比賽最為引人注目。 35 本設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)及創(chuàng)新之處 28 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 目錄 4 進(jìn)攻程序模塊流程圖 24 程序原理 23 運(yùn)動控制程序模塊 16 無線電線通訊接收系統(tǒng) 8 機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 機(jī)器人電路硬件選擇 vehicle of munication, using a BIM418 (433)F wireless transceiver modules, the robot soccer team as a whole with more understan