【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(xué)畢業(yè)設(shè)計 目錄 3 目 錄 摘要 足球機器人系統(tǒng)在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，比如，高校和科研院所 的教學(xué)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(nèi)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(xué)、上海交大等高校成功地舉行了數(shù)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(jìn)口，所謂的比賽只能稱之為軟件上的對抗。 本次設(shè)計從最基本的硬件開發(fā)做起，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，設(shè)計依然采用 MCS51 單片機作為足球機器人的微處理器，它結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，引腳數(shù)量多。 7 硬件電路設(shè)計 24 找球程序模塊 34 功能測試 足球機器人小車系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，其性能好壞對整個起著至關(guān)重要的作用。正因如此，步行移動方式在機構(gòu)和控制上是最復(fù)雜的，技術(shù)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(nèi)光滑平整地面，非常適合車輪運動，因此本設(shè)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(jù)情況的需要，要進(jìn)行模擬 數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，因此需要 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ， A/D 轉(zhuǎn)換的選擇要根據(jù)所選用的單片機來確定。而本設(shè)計這是利用了外形可以自行設(shè)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(jìn)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(tǒng)作了分析介紹。 時鐘電路 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)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(fù)位端。 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 11 /PSEN（ 29腳）：片外程序存貯器讀選通信號端。負(fù)載能力為 3個 LSTTL 門。 (3)進(jìn)攻方向判斷傳感器 場地貼有按進(jìn)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(jìn)行判斷，當(dāng)左右兩個傳感器值相等時，認(rèn)為正對球門。從而來處理模擬信號 。 START：啟動信 號輸入端。當(dāng) OE=1 時，打開三態(tài)門，數(shù)據(jù)線被解鎖，把內(nèi)部轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)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(dǎo)通狀況，可改變電機兩端電壓，達(dá)到反轉(zhuǎn)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(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。 圖 a 圖 b 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 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(jìn)行驅(qū)動的簡單電路。占空比仍然是 50%，但燈泡在頭 5秒鐘內(nèi)將點亮，在下一個 5秒鐘內(nèi)將熄滅。 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 21 （ 4） 若與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)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(tǒng)的高度可靠性具有重要意義。 用 C語言實現(xiàn)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(qū)動芯片 L298 傳送 4位的控制信號控制左右兩個電機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)， 同時在單片機一個引腳輸出 PWM 波型來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速 完成動作。 /*長距離運動 */ } （ 2） 輪心左轉(zhuǎn) void left(void) /*用于找球 */ { p1^1=1。 pwm2()。 p1^3=0。當(dāng)球在左前方時，左紅外傳感器接收光量大于右紅外，電壓數(shù)字量也大于右紅外，這時控制機器人向左轉(zhuǎn)。 （ 4） 當(dāng)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(dāng)前灰度值，左右兩個結(jié)果進(jìn)行比較，如果左灰度大于右灰度，說明前進(jìn)方向偏左，調(diào)用原地轉(zhuǎn)動程序向右偏轉(zhuǎn)，調(diào)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(diào)用長距離直行程序，開始進(jìn)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(nèi) 上的電平發(fā)生由高到低的跳變即進(jìn)入中斷 IE=1 保持到 CUP 響應(yīng)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(dāng) =0 時，執(zhí)行找球程序，當(dāng) =1 時，執(zhí)行進(jìn)攻程序。 ? 測試結(jié)果：機器人在直行碰撞墻壁后，順利進(jìn)入中斷服務(wù)程序，倒退并調(diào)頭，之后中斷返回繼續(xù)直行。 本設(shè)計屬于第一 次嘗試，許多功能還不夠完善，結(jié)構(gòu)也過于簡單。 （ 1） 移動方式方面：目前所使用的 2 個驅(qū)動輪方式都只有兩個自由度，還不能實現(xiàn)任意定位和定向 ， 若 4 個輪子都具備獨立驅(qū)動和轉(zhuǎn)向能力，則可實現(xiàn)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(nèi)日光燈光源下進(jìn)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(shè)置，一旦輸入信號有效，則將 TCON 中的 IE0 標(biāo)志位置 1，可向 CUP 申請中斷 [10]。 圖 32 進(jìn)攻判斷 Figure 32 attack judgment 進(jìn)攻程序模塊流程圖 進(jìn)攻程序模塊流程圖 如圖 33 所示： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 足球機器人的軟件設(shè)計 30 圖 33 進(jìn)攻流程圖 Figure 33 offensive flow chart 用 C 語言編寫的程序代碼 void attack(void) /*進(jìn)攻子程序 */ { uchar a,d。當(dāng)機器人找到球并持球時，程序進(jìn)入進(jìn)攻模塊。 abc0809_1(ab)。當(dāng)球在正前方時，左右傳感器電壓數(shù)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(zhuǎn)邏輯表得 */ p1^2=0。 p1^3=0。 運動控制模塊 在驅(qū)動電路的邏輯表可得正反轉(zhuǎn)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(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)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(qū)動和硬件電路系統(tǒng)就基本上是完成了 。模塊 12 腳 RXD 端 為接收到的數(shù)據(jù)信息， 11腳為載波測試端，該端為低時 12 腳的數(shù)據(jù)有效 。 （ 6） 直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。要想取得調(diào)光燈 (但保持點亮 )的效果，必須提高調(diào)制頻率。如果將連接電 池和燈泡的開關(guān)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(jìn)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(shè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 動力驅(qū)動及硬件電路設(shè)計 18 L298驅(qū)動雙電機的電路連接圖 如圖 213： 圖 213 L298驅(qū)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(diào)速方面采用 PWM 脈沖調(diào)速 [6] 脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的電機。可以使機器人的重量減輕，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