【正文】 E N 29I N 12I N 27I N 310I N 415O U T 13O U T 26O U T 311O U T 414VC8V C C16GND4GND5GND12GND13L 29 3DA+A+I0I1I2I3100pF哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 17 直接 PWM法的調(diào)制原理如圖 1所示，假定一個(gè)周期內(nèi) PWM 波的脈沖數(shù) (即載波比 )為2N，將參考 正弦波 Umsin ω t的整個(gè)周期 T分為 2N 等份，則每個(gè)區(qū)間的長(zhǎng)度 (即載波周期 )為 Ts=T/2N，在第 i 個(gè)區(qū)間正弦波的面積為： 38 直接 PWM 的原理 設(shè)輸出 PWM 波的幅值為 E，若采用單極性調(diào)制，則第 i個(gè)區(qū)間內(nèi)的 PWM 波形所圍面積為： 若采用雙極性調(diào)制，則第 i個(gè)區(qū)間內(nèi)的 PWM 波形所圍面積為 ： 式中 ， Tpi為脈沖的寬度 ， 考慮到有 Ts=Tpi+2Tgi， 令 Sri=Spi， 由式 (1)和式 (2)整理可得 ： 式中 M=Um/E 為調(diào)制深度，由式 (4)或式 (5)可分別計(jì)算出 PWM 的脈沖換相點(diǎn)公式為 ： 哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 18 由圖 1可知，等面積 PWM 法生成的 PWM 波形在 T/2 處是點(diǎn)對(duì)稱的，因而可推導(dǎo)出： 在上述計(jì)算公式中，式 (8)為單極性 PWM調(diào)制，式 (9)為雙極性調(diào)制。當(dāng) EN2=1，IN3=1， IN4=0，電機(jī)正轉(zhuǎn)； EN2=1， IN3=0， IN4=1，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 進(jìn)行雙極性 PWM 驅(qū)動(dòng)控制 ，驅(qū)動(dòng)力大 ，符合本小車馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)要求 。 C1E31 2 3 4 5RP2Header 51 2 3 4 5RP1Header 5VCCVCC哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 14 A/D 轉(zhuǎn)換器原 理框圖如下 3— 5所示： 3— 5 A/D 轉(zhuǎn)換器原理框圖 A/D 轉(zhuǎn)換器的特性： 1 個(gè) 8 位 4 路輸入的逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器；每個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器包含 4 個(gè)結(jié)果寄存器； 6 種工作模式：固定通道，單次轉(zhuǎn)換模式、固定通道，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、自動(dòng)掃描，單次轉(zhuǎn)換模式、自動(dòng)掃描，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、雙通道，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、單步模式； 3 種轉(zhuǎn)換啟動(dòng)模式、定時(shí)器觸發(fā)起動(dòng)、立即起動(dòng)－邊沿觸發(fā) ；在 的ADC 時(shí)鐘下， 8 位轉(zhuǎn)換時(shí)間≥ ；中斷或查詢操作；邊 界限制中斷 ； DAC 輸出到高輸出阻抗的 I/O 口管腳；時(shí)鐘分頻器掉電模式。而量化和編碼簡(jiǎn)單說(shuō)就是把采樣后所得到的離散幅值經(jīng)過(guò)舍入的方法變換為與輸入量成比例的二進(jìn)制數(shù)。 反之當(dāng)振蕩器在放電期間， C 輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開(kāi)關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 6V蓄電池和MC34063 升壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)，普通 9V 方形電池經(jīng) L7805 穩(wěn)壓后提供 5V 子系統(tǒng)電壓 。在上哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 11 電復(fù)位時(shí)， P1鎖存器配置為內(nèi)部上拉禁止的僅 為輸入模式。 P89LPC925采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需 2到 4個(gè)時(shí)鐘周期， 6倍于標(biāo)準(zhǔn) 80C51器件。 單片機(jī)控制系統(tǒng)：采集進(jìn)來(lái)的信號(hào)通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器把摸擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)單片機(jī)分析小車的轉(zhuǎn)向。這種方案的缺點(diǎn)在于部分 器件的工作電壓在 9 伏時(shí)不穩(wěn)定，而且電壓過(guò)高容易造成器件燒壞。外圍電路簡(jiǎn)單，安裝起來(lái)方便，電源要求不高，用它作為近距離傳感器是最理想的。我們應(yīng)用這樣一個(gè)具有計(jì)算機(jī)屬性的芯片作為中央處理模塊，配合其他外圍電路及相應(yīng)的軟件程序，就能夠?qū)崿F(xiàn)智能機(jī)器人的尋跡問(wèn)題。循跡機(jī)器人是在這個(gè)方向上的一個(gè)有益的探索。特別是我國(guó)在研制機(jī)器人的初期，沒(méi)有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn)業(yè)，使得國(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)的機(jī)器人過(guò)程中，只能依賴配套進(jìn)口的零部件，更削弱了我國(guó)企業(yè)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長(zhǎng)率平均在 10％左右。本設(shè)計(jì)作為畢業(yè)課題，所以選擇了利用光敏元件檢測(cè)光強(qiáng)進(jìn)行尋跡。為了解決這些問(wèn)題，人類想到了用機(jī)器人代替人類去工作。 PCB 設(shè)計(jì)采用雙面板，提高了導(dǎo)線布通率，具有較好的電氣特性。 早前的智能尋跡機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用 AT89C81 為控制核心 ,由于此單片機(jī)不能直接與電腦進(jìn)行程序讀寫(xiě) ,所以這種控制電路存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，程序調(diào)試?yán)щy，人機(jī)界面不友好的問(wèn)題。設(shè)計(jì)參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。 目前，大學(xué)生有關(guān)機(jī)器人的研究課題很多，但是最為普遍，最為基礎(chǔ)的還是機(jī)器人尋跡方面的研究。 廣泛采用機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。 二、機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域日漸廣泛 哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 5 經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，機(jī)器人已在越來(lái)越 多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 從近幾年世界機(jī)器人推出的產(chǎn)品來(lái)看，機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的 模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開(kāi)放化、 PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。 立題的目的和意義 機(jī)器人技 術(shù)是涉及機(jī)械、電子、人工智能與模式識(shí)別、自動(dòng)控制、傳感器等多個(gè)領(lǐng)域的跨學(xué)科研究項(xiàng)目。它由飛利浦公司的 LPC925 單片機(jī)為主要部件。此方案缺點(diǎn)在于其他環(huán)境的光源對(duì) 紅外傳感器 的工作產(chǎn)生很大的干 擾，一旦外界光強(qiáng)改變，很可能造成誤判和漏判，即使采用超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又增加額外的功耗。 電機(jī)驅(qū) 動(dòng)部分 方案 一 采用單個(gè) H橋構(gòu)建驅(qū)動(dòng)電路，此方案的缺點(diǎn)是需要外接大量的電阻電容等元器件，使電路復(fù)雜化。這種方案可有效的解決上一種方案中的問(wèn)題，但其需要占用大量空間，而小車的空間有限，故放棄此方案。 哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 10 第 ３ 章 電路硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì) 電路硬件設(shè)計(jì) LPC925 單片機(jī)芯片的功能及應(yīng)用 本設(shè)計(jì)采用的是 PHILIPS 公司推出的 P89LPC925單片機(jī)作為智能機(jī)器人的控制核心CPU。 VDD：電源 ， 正常操作模式、空閑模式和掉電模式時(shí)的電源。 Port3： P3是一個(gè)可由用戶配置輸出類型的 2位 I/O口，在上電復(fù)位時(shí)， P3鎖存器配置為內(nèi)部上拉禁止的僅為輸入模式。 信號(hào)隔離，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性佳。光敏二極管發(fā)射的光經(jīng)被測(cè)物體反射后光的強(qiáng)弱可以識(shí)別顏色。 在本設(shè)計(jì)中 P89LPC925內(nèi)部自帶有 A/D轉(zhuǎn)換器， P89LPC925 包含 1 個(gè) 8 位、 4 路逐步逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ ADC1）和 1 個(gè) DAC 模塊（ DAC1）。通過(guò)將端口設(shè)置成僅為輸入模式來(lái)禁止數(shù)字信號(hào)輸出。其額定工作電流為 1A，最大可達(dá) ， Vss 電壓最小 ，最大可達(dá) 36V； Vs 電壓最大值也是 36V，但經(jīng)過(guò)我的實(shí)驗(yàn)， Vs電壓應(yīng)該比 Vss 電壓高，否則有時(shí)會(huì)出 現(xiàn)失控現(xiàn)象。為 滿足逆變電源的需要，減小輸出電壓的諧波含量，載波信號(hào)采用對(duì)稱的三角波實(shí)現(xiàn) PWM 輸出波形的對(duì)稱雙邊調(diào)制，使輸出電壓不含偶次諧波。這對(duì)于電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，通常使 U/f比 為常數(shù)來(lái)達(dá)到恒轉(zhuǎn)矩 控制，即只需使 k 值為一個(gè)常數(shù)即可。 如果一個(gè)芯片的引導(dǎo)向量為“ 1F”， 則引導(dǎo)向量所指定的地址為“ 0x1F00”。檢測(cè)過(guò)程如下： 測(cè)量 SP232 的 Vcc 端 電壓是否滿足芯片要求； 測(cè)量 SP232 的 GND 端電壓是否為 0V； 將圖 3— 9中的 TXD 與 RXD 連接； 確認(rèn)連接正常后，打開(kāi)“串口調(diào)試助手”； 請(qǐng)按照?qǐng)D 3— 10配置好串口； 在“發(fā)送內(nèi)容”中填寫(xiě)您準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)； 然后點(diǎn)擊“手動(dòng)發(fā)送”或“自動(dòng)發(fā)送”，如果“接收區(qū)”沒(méi)有收到數(shù)據(jù)，則表示您的串口電路有問(wèn)題，請(qǐng)您按照電路圖重新檢查電路。 typedef unsigned char uchar。 /*定義 AD 地址 */ 這段程序定義了一些芯片的標(biāo)志位 。 void iniTimer1(void) /*定時(shí)器 1 初始化 */ { TMOD=TMOD_VALUE。 void delay(void) /*延時(shí) */ { uchar data i。 /*左輪電機(jī)半速前進(jìn) */ delay()。 while(1) { P14=1。 P11=0。P15=0。 電路上電后，將程序通過(guò)串口寫(xiě)入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試，最后得 到想要的結(jié)果。 /*完成 4 路數(shù)據(jù)采集，標(biāo)志 =1*/ uchar data flag2。 sbit P10=P1^0。 TL1=TL1_VALUE。 /*使 L298 的 ENA=1， ENB=1*/ P14=0。 } } if(x= =1) { P13=1。P15=P10。 return。 } } void motorCtrl(uchar x) { switch(x) { Case 0: turn(0)。 /*小車停止 */ } } void judge(void) /*尋線，判斷小車位置 */ { if(value[0]avg) /*接收到值小于閾值，置位變量 dStatue _0=0*/ dStatue_0=0。 } main() { iniTimer1()。ad。break。 /*啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換 */ TF1=0。 } 哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 31 附錄 B 1212M30pF30pFEN11EN29IN12IN27IN310IN415OUT13OUT26OUT311OUT414VC8VCC16GND4GND5GND12GND13L293DA+A+VCCC1E3SW COLL1SW EM2TIM CAP3GND4IN5VCC6IPK7DRV COLL8MC34063AD10mH1801K1K100pF3v470u471 C31K1MI0I1I2I3I0I1I2I3100pF100pF1234VSS567891011121314VDD151617181920P89LPC925F1 2 3 4 5RP2Header 51 2 3 4 5RP1Header 5VCCVCC哈爾濱 理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位 論文 32 后 記 十六周的 畢業(yè)設(shè)計(jì) 就這樣 結(jié)束了， 在這個(gè)過(guò)程中， 經(jīng)過(guò)不斷的努力以及指導(dǎo)教師的幫助 ,進(jìn)一步學(xué)到了很多實(shí)踐方面的技能。 在此 ， 我 向他們 表 達(dá) 深深的感謝！