【正文】 近式 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，此外，與同樣分辨率的雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器比較，它不需要高精度的運(yùn)算放大器，成本比較低的特點(diǎn)。輸入到 AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ～ （ 10～ 17 腳）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 (/EA)/Vpp（ 31腳）： /EA端接高電平時(shí)， CPU 取指令從片內(nèi)程序存貯器自動(dòng)順延至片外程序存貯器。該引腳有復(fù)用功能， Vpd為備用電源輸入端，防止主電源掉電。 INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 10 結(jié)構(gòu)的形式 。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如 圖 23 所示 ： 圖 23 現(xiàn)代 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)模型 Figure 23 model of the structure of the modern robot 在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況的需要，對以上模型進(jìn)行了簡化，得到 如 24 所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 9 圖 24 足球機(jī)器人模型 Figure 24 soccer robot model 主控部分硬件電路 [3] 主控部分硬件 — 8051 本設(shè)計(jì)選用了 Intel 公司生產(chǎn)的 8051 單片機(jī)作為控制器。 圖 21 四 輪 典型配置一 Figure 21 allocation of a typical fourwheel 如圖 21 組合為前后輪為萬向腳輪，左右兩輪為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪，其自轉(zhuǎn)中心于車體中心重合，適于在狹窄 場地運(yùn)行。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 足球機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 4 圖 12 足球機(jī)器人模型 Figure 12 soccer robot model 由圖可知 ，當(dāng)機(jī)器人尋找到球，并把球控制在控球板內(nèi)時(shí)，持球探測臂上垂直向下的持球傳感器將接收到紅外信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電流變化。 對比賽過程的規(guī)則進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，比賽的進(jìn)行與真實(shí)的足球比賽的思維過程是一致的，機(jī)器人需要完成下述動(dòng)作循環(huán) （如圖 11）。它們可以將接收到的光 變化轉(zhuǎn)變的電流變化 [2]。因此選用單片機(jī)為核心的控制器件，小型直流電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可以達(dá)到比賽的要求。它是將環(huán)狀循環(huán)軌道履帶卷繞在若干滾輪外，使車輪不直接與地面接觸。因此本次設(shè)計(jì)采用集成度較高的 8051 單片機(jī)為核心來設(shè)計(jì)電路，它集成度高、性能穩(wěn)定、價(jià)格低、外圍擴(kuò)展電路豐富、開發(fā)周期短等特點(diǎn)。 26 21 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì) 3 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路 設(shè)計(jì) 軟件方面用 C語言來編寫 ，為以后的小車系統(tǒng)改進(jìn)提高打下基礎(chǔ) 。同時(shí)又是人工智能技術(shù)的一個(gè)理想突破點(diǎn)。s microprocessor, its structure is simple, stable performance, Reply Large number of feet. Trolley drivers have a dual motor as a driving force, fourwheel configuration, PWM speed control so that the robot39。 2 機(jī)器人運(yùn)行算法的構(gòu)想 26 用 C語言編寫的程序代碼 27 進(jìn)攻程序模塊 32 4 功能測試 43 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 足球機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 1 1 足球機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 機(jī)器人競賽是近年來 國際 上迅速開展起來的一種高 科技對抗活動(dòng)， 足球機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì) 它涉及人工智能、智能控制、機(jī)器人、通訊、傳感及機(jī)構(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域的前沿研 究和技術(shù)融合。上層板是 CPU 板 、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、 放置電機(jī)驅(qū)動(dòng)及接口電路 、 無線接電路 等主要控 制電路 ；中層板是驅(qū)動(dòng)及檢測板，放置電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路及紅外檢測線路；底層板是電源與電機(jī)板，放置兩路電源，兩套電機(jī)及減速系統(tǒng)，兩個(gè)主動(dòng)輪和兩個(gè)從動(dòng)輪用于保持小車的穩(wěn)定運(yùn)行以及場地灰度檢測傳感器，還有前端控球部件等。 車輪式移動(dòng)是最常見的一種地面行進(jìn)方式。 電機(jī)選擇方面，考慮到機(jī)器人本身自重不大，必且場地尺寸有限，可選用小型直流伺服電機(jī)，可用電樞 電壓作為速度控制信號(hào)，但必須加裝減速箱以適應(yīng)低轉(zhuǎn)速和大扭矩的應(yīng)用環(huán)境。該元件由紅外發(fā)光管和接受管組成。 怎樣解決找球程序和進(jìn)攻方向判斷程序的銜接，避免烏龍球 和無效的進(jìn)攻，這是算法設(shè)計(jì)要解決的重要問題。 簡要流程如圖 13所示： 圖 13 簡要流程圖 Figure 13 brief flow chart 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 足球機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 5 用繪圖軟件做小車模型如圖 14所示： 圖 14 小車內(nèi)部結(jié)構(gòu) Figure 14 car internal structure 各零部件的介紹如圖 15(a)、 (b)、 (c)所示： 圖 a 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 足球機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 6 圖 b 圖 c 圖 15 各零部件圖 Figure 15 various spare parts chart 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 7 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件與運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì) 在各種機(jī)電一體化設(shè)備中動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件與運(yùn)動(dòng)方式，是系統(tǒng)中最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是最終的實(shí)現(xiàn)者對系統(tǒng)各方面的性能有幾大的影響。 圖 22 四 輪 典型配置二 Figure 22 The four typical configuration 圖 22 的 配置方式是常見的所謂汽車配置方式，車的穩(wěn)定性較高。 程序存儲(chǔ)器 (ROM) 8051 共有 4096 個(gè) 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端。平時(shí)不訪問片外存貯器時(shí)，該端以六分之 一的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。 (4)輸入 /輸出引腳 P0、 P P2 和 P3 口 ～ （ 39～ 32 腳）：訪問片外存貯器時(shí)作為低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線（復(fù)用）。 P3 口的第二功能是 （ 10腳）： RXD（串行口輸入端） （ 11腳）： TXD（串行口輸出端） （ 12腳）： /INT0（外部中斷 0輸入端） （ 13腳）： /INT1（外部中斷 1輸入端） （ 14腳）： T0（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0外部輸入端） （ 15腳）： T1（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1外部輸入端） （ 16腳）： /WR（片外數(shù)據(jù)存貯器寫選通信號(hào)輸出端） （ 17腳）： /RD（片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號(hào)輸出端） 8051 的最小系統(tǒng)連接 線路連接圖 如圖 26所示： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 12 圖 26 單片機(jī)最小系統(tǒng) Figure 26 SCM minimum system (1)找球傳感器 根據(jù)比賽用球?yàn)榧t外發(fā)射裝置，故采用的傳 感器為紅外接收的傳感器，根據(jù)車體前方的兩個(gè)紅外傳感器接收紅外光輸出電壓不同比較來判斷球的方位指導(dǎo)車體前進(jìn)方向。 電路和前的最小系統(tǒng)電路連在一起。封裝電路圖形如圖 28： 圖 28 AD0809封裝模型 Figure 28 AD0809 Packaging Model 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 15 AD0809 內(nèi)部主要是由 8路模擬選擇開關(guān)、 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存緩沖器構(gòu)成。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 8 路模擬形狀的三位地址選通輸入線。 (3)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制 本次設(shè)計(jì)采用了 H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 直流 H 橋功放電路是用于控制直流電機(jī)雙向運(yùn)動(dòng)的基本電路，該電路使電機(jī)在單電源供電下可以雙向運(yùn)轉(zhuǎn) 。 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA， ENB接控制使能端， 同時(shí)也是 PWM脈沖是輸入腳， 控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。 簡而言之， PWM 是一種對模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字 編碼的方法。圖 (b)和圖 (c)顯示的分別是占空比為 50%和 90%的 PWM 輸出。這種情況下，占空比為 50%，調(diào)制頻率為 10Hz。 在電機(jī)控制電機(jī) PWM 系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性： （ 1） 主電路線路簡單，需用的功率器件少。 PWM脈沖由單片機(jī)的 輸出送往 L298 的 6腳和 11 腳，來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。上位機(jī)通過無線通信設(shè)備，每隔 20 ms～ 30 ms 發(fā)出一幀數(shù)據(jù) (規(guī)劃場上所有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制命令 )，每個(gè)機(jī)器人 全部接收，然后機(jī)器人根據(jù)自己的地址編號(hào) (機(jī)器人ID 編碼 )，從數(shù)據(jù)串中確定出發(fā)給自己的命令。本章先對程序運(yùn)行的重要環(huán)節(jié) — AD轉(zhuǎn)換器的讀寫控制進(jìn)行了說明，再針對各個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)了相關(guān)軟件，各模塊間相互獨(dú)立，可用于測試各個(gè)部件的運(yùn)行狀況。 /*存放最原始灰度傳感器的值 */ abc0809_2(ad)。i++) { do{*ad_dr=i x[i]=*ad_dr。i++) { do{*ad_dr=i x[i]=*ad_dr。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 足球機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì) 25 p1^3=1。 /* 由電機(jī)旋轉(zhuǎn)邏輯表得 */ p1^2=0。 pwm2()。 p1^4=1。 （ 1） 找球目的在于盡快地接近球，于是當(dāng)球不在正前方時(shí)，每次調(diào)整方向后，調(diào)入一段短距離直行程序，在修正方向的同時(shí) ，不斷地向球靠近；當(dāng)球在正前方時(shí)，調(diào)入一段長距離執(zhí)行程序，縮短找球時(shí)間。 if(ab[0]==0||ab[1]==0) { xuanzhuang()； } /*調(diào)用原地旋程序 */ elseif(b2) { line()； } /*直線長行走 */ elseif(ab[0]ab[1]) { life()。在判斷正確前進(jìn)方向時(shí)，里存放著前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果，先把它們轉(zhuǎn)移到 數(shù)組 ac[2]中，在 于 ad[2]中的原始 灰度轉(zhuǎn)換結(jié)果，分別與 當(dāng)前 的結(jié)果進(jìn)行比較，只要其中有一個(gè)值增大，就認(rèn)定為前進(jìn)方向錯(cuò)誤，這時(shí)調(diào)用以車身中心為圓心的原地轉(zhuǎn)動(dòng)程序，當(dāng)轉(zhuǎn)過約 180 度后，讀取當(dāng)前灰度值保存，再調(diào)用一段短距離直行程序，再次比較灰度值變化趨勢，直到左右兩個(gè)灰度值都為減小，這時(shí)，機(jī)器人前進(jìn)方向?yàn)檎_進(jìn)攻方向。 d=abs(a)。當(dāng)外部中斷源有請 求時(shí)，該位置 1，其復(fù)位由觸發(fā)方式來設(shè)置。而把他們聯(lián)系在一起的橋梁則是前中提到的持球探測壁以及其上的持球傳感器。 ? 測試結(jié)果：機(jī)器人能在 40CM 距離左右發(fā)現(xiàn)球，在向球運(yùn)動(dòng)過程中，前半段由于基礎(chǔ)電壓小，差值小 于閾值，直線前進(jìn)；當(dāng)靠近球時(shí)，電壓增大，差值大于閾值，機(jī)器人左右調(diào)整方向，逐漸靠近小球。 ? 測試結(jié)果：由白向黑行進(jìn)時(shí)，機(jī)器人判斷方向?yàn)檎_進(jìn)攻方向 ，繼續(xù)前進(jìn)；由黑向白行進(jìn)時(shí)，機(jī)器人發(fā)現(xiàn)方向錯(cuò)誤，掉頭前進(jìn)