【正文】 ding. Clanguage software used to prepare for the future of the trolley system to lay a foundation for improving the increase. Keyword: Robot Soccer car, SCM, PWM speed control, A / D DAC 焦作大學畢業(yè)設計 目錄 3 目 錄 摘要 足球機器人系統在許多領域有著廣泛的應用前景，比如，高校和科研院所 的教學和科研；無人駕駛飛機群的編隊控制及與敵方的輔助攻防對抗等 ， 國內許多高校都開展了機器人足球的研究 ， 并自 1999年起分別在哈 爾濱工業(yè)大學、上海交大等高校成功地舉行了數次全國機器人足球競賽 ， 但我國的中型組足球機器人比賽所用的平臺都是從國外進口，所謂的比賽只能稱之為軟件上的對抗。 本次設計從最基本的硬件開發(fā)做起，在原有的基礎上進行了一系列的改進，設計依然采用 MCS51 單片機作為足球機器人的微處理器，它結構簡單，性能穩(wěn)定，引腳數量多。 7 硬件電路設計 24 找球程序模塊 34 功能測試 足球機器人小車系統作為整個系統的執(zhí)行機構，其性能好壞對整個起著至關重要的作用。正因如此，步行移動方式在機構和控制上是最復雜的，技術上也還不成熟，不適于在要求靈活和可靠性高的比賽中。 在機器人足球比賽中，場地為室內光滑平整地面，非常適合車輪運動，因此本設計選用車輪式運動方式。紅外線波長介于可見光和無線電波之間，大約 — 1000nm，而光電傳感器其所用到的波長選擇在近紅外區(qū)，即 — 1000nm。 紅外元件所接收的信號，根據情況的需要，要進行模擬 數字量的轉換，因此需要 A/D 轉換芯片 ， A/D 轉換的選擇要根據所選用的單片機來確定。而本設計這是利用了外形可以自行設計的優(yōu)勢，通過加裝了一個 “ 持球探測臂 ” 來解決算法上找球程序和進攻方向判斷程序的銜接的問題。 2． 2 機器人的車輪配置和操舵方式 常用的車輪配置有多種：二輪配置、三輪配置、四輪配置等幾種 二輪配置通常是在自行車等些簡單的要求不高的機械中運用，顯然不合適我們的足球機器人。對每個部分的器件選用，主要功能以及各部分所組合成的總體系統作了分析介紹。 時鐘電路 8051 內置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但 8051 單片機需外置振蕩電容 。 (3)控制信號 RST/Vpd、 ALE/(/PROG) 、 / PSEN 和 (/EA)/Vpp RST/Vpd（ 9 腳）：復位端。 焦作大學畢業(yè)設計 2 動力驅動及硬件電路設計 11 /PSEN（ 29腳）：片外程序存貯器讀選通信號端。負載能力為 3個 LSTTL 門。 (3)進攻方向判斷傳感器 場地貼有按進攻黑白灰度漸變的基板帖紙，由兩個位于車底的灰度傳感器進行判斷，當左右兩個傳感器值相等時，認為正對球門。從而來處理模擬信號 。 START：啟動信 號輸入端。當 OE=1 時，打開三態(tài)門，數據線被解鎖，把內部轉換的數據送往總線上。 封裝模型如圖 210所示 [5]： 圖 2— 10 穩(wěn)壓芯片 L7805 Figure 210 regulator chip L7805 (2)電源選擇 雖然微處理器和微控制器不需要支持電路，功耗也很低，但必須要加 以考慮。 通過改變不同的三極管導通狀況，可改變電機兩端電壓，達到反轉目的。在 6— 46V 的電壓下，可以提供 2A 的額定電流。在簡單的模擬收音機中，音量旋鈕被連接到一個可變電阻。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。 圖 a 圖 b 焦作大學畢業(yè)設計 2 動力驅動及硬件電路設計 20 圖 c 圖 215 三種不同的 PWM信號 Figure 215 three different PWM signal 圖 216 是一個可以使用 PWM 進行驅動的簡單電路。占空比仍然是 50%，但燈泡在頭 5秒鐘內將點亮，在下一個 5秒鐘內將熄滅。 焦作大學畢業(yè)設計 2 動力驅動及硬件電路設計 21 （ 4） 若與快速響應的電動機配合，則系統頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能力強。無線收發(fā)模塊與微處理器 8051 的接線見圖 2。 采用成熟的商業(yè)化的無線通信模塊 BIM418(433)F，對于縮短開發(fā)周期、確保通信系統的高度可靠性具有重要意義。 用 C語言實現的代碼如下 [9]： include include define IN0 XBYTE[0xFEF8] /* 0 通道的絕對地址 */ define IN1 XBYTE[0xFEFA] /*2 通道的絕對地址 * void abc0809_1(uchar idata *x)。 uchar idata *ad_dr。 uchar idata *ad_dr。其工作原理為，通過 8051 的 P1 口向電機驅動芯片 L298 傳送 4位的控制信號控制左右兩個電機的正轉反轉， 同時在單片機一個引腳輸出 PWM 波型來調節(jié)電機轉速 完成動作。 /*長距離運動 */ } （ 2） 輪心左轉 void left(void) /*用于找球 */ { p1^1=1。 pwm2()。 p1^3=0。當球在左前方時，左紅外傳感器接收光量大于右紅外，電壓數字量也大于右紅外，這時控制機器人向左轉。 （ 4） 當球不在紅外傳感器可視范圍，即傳感器接收到的紅外信號為零時，由于周圍環(huán)境的影響和暗電流的存在，其輸出電壓不可能為零，而是約 V 左右。在接近白色的區(qū)域，對紅外光的反射量大，光電判讀器即灰度傳感器的輸出電壓高，在接近黑色區(qū)域，輸出電壓則低。先讀取當前灰度值，左右兩個結果進行比較，如果左灰度大于右灰度，說明前進方向偏左，調用原地轉動程序向右偏轉，調整后，再次讀取，比較，直到左右相等為止，這時方向正對球門，調用長距離直行程序，開始進攻，把球攻入球門。 MCS51系列單片機有 5 個中斷源，可分為 2 個中斷優(yōu)先級。 IT0=1 時為脈沖觸發(fā)方式，即在兩個相鄰的機器周期內 上的電平發(fā)生由高到低的跳變即進入中斷 IE=1 保持到 CUP 響應中斷時，才由硬件清除，該方式下，中斷源低電平需要至少保持一個機器周期。當 =0 時，執(zhí)行找球程序，當 =1 時，執(zhí)行進攻程序。 ? 測試結果：機器人在直行碰撞墻壁后，順利進入中斷服務程序，倒退并調頭，之后中斷返回繼續(xù)直行。 本設計屬于第一 次嘗試，許多功能還不夠完善，結構也過于簡單。 （ 1） 移動方式方面：目前所使用的 2 個驅動輪方式都只有兩個自由度，還不能實現任意定位和定向 ， 若 4 個輪子都具備獨立驅動和轉向能力，則可實現全方位的運動，大大增加其靈活性。 ? 測試軟件：方向判斷程序模塊。 2．整體 程序 流程圖如圖 34 圖 34 整體程序流程圖 焦作大學畢業(yè)設計 4 功能測試 34 4 功能 測試 找球功能模塊測試 ? 測試條件：用一個高功率紅外發(fā)光管模擬比賽用球，在室內日光燈光源下進行測試。 EX0 為外部中斷 0 允許位， EX0=1 時允許。其請求信號由 輸入請求信號有效電平由 IT0 和設置，一旦輸入信號有效，則將 TCON 中的 IE0 標志位置 1，可向 CUP 申請中斷 [10]。 圖 32 進攻判斷 Figure 32 attack judgment 進攻程序模塊流程圖 進攻程序模塊流程圖 如圖 33 所示： 焦作大學畢業(yè)設計 3 足球機器人的軟件設計 30 圖 33 進攻流程圖 Figure 33 offensive flow chart 用 C 語言編寫的程序代碼 void attack(void) /*進攻子程序 */ { uchar a,d。當機器人找到球并持球時，程序進入進攻模塊。 abc0809_1(ab)。當球在正前方時，左右傳感器電壓數字量相等，此時控制機器人直行。 pwm2()； /*短距離運動 */ p1^1=1。 /* 由電機旋轉邏輯表得 */ p1^2=0。 p1^3=0。 運動控制模塊 在驅動電路的邏輯表可得正反轉電機，通過二個電機的相互配合就可以使機器人在賽場中靈活的運動。IN1。IN0。 /*灰度傳感器的值 */ void main (void) { uchar idata ab[2]。 焦作大學畢業(yè)設計 2 動力驅動及硬件電路設計 22 圖 217 無線電線通訊接口圖 Figure 217 radiomunications interface map 這樣整個機器人的驅動和硬件電路系統就基本上是完成了 。模塊 12 腳 RXD 端 為接收到的數據信息， 11腳為載波測試端，該端為低時 12 腳的數據有效 。 （ 6） 直流電源采用不控整流時，電網功率因數比相控整流器高。要想取得調光燈 (但保持點亮 )的效果，必須提高調制頻率。如果將連接電 池和燈泡的開關閉合 50ms，燈泡在這段時間中將得到 9V 供電。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進行編碼。與收音機一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 為保證 L298 正常工作， 本次設計 加裝二極管 反饋電路 ，如圖 212所示： 圖 212 L298封裝模型 Figure 212 L298 model package 焦作大學畢業(yè)設計 2 動力驅動及硬件電路設計 18 L298驅動雙電機的電路連接圖 如圖 213： 圖 213 L298驅動雙電機的電路連接圖 Figure 213 L298 motordriven doubleconnection of the circuit 電機控制邏輯 見 表 21： Vss=5V 芯片電源電壓， Vs=18V 電機動力電壓 表 21 電機控制邏輯 Table 21 motor control logic IN1 IN2 IN3 IN4 M1 M2 1 0 1 0 正 反 0 1 0 1 反 反 1 0 0 1 正 反 0 0 0 0 急停 急停 電機調速方面采用 PWM 脈沖調速 [6] 脈寬調制 (PWM)是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準 TTL 邏輯電平信號，可驅動 46V、 2A 以下的電機?？梢允箼C器人的重量減輕，成本降低。 ADC0809 要求外接時鐘，其頻 率為 10~128MHz。 ALE：地址鎖存控制信號。 逐次逼