【文章內(nèi)容簡介】 多優(yōu)秀的特性，在制作機器人時也時常能看到它的應(yīng)用。舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，轉(zhuǎn)動范圍一般不能超過 180 度，適用于那些需要角 度不斷變化并可以保持的驅(qū)動當(dāng)中。比方說機器人的關(guān)節(jié)、飛機的舵面等。 直流電機能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，控制方便，因此我選擇以直流電機做為機器人行進驅(qū)動電機，用舵機來做機器人的驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機。 傳感器 火焰?zhèn)鞲衅? 用熱釋電紅外測溫傳感器，熱釋電紅外傳感器 TTS1000 和 TTS2020 系列是根據(jù) LiTaO3 的熱釋電效應(yīng)設(shè)計的，用作檢測器的熱釋電材料具有自發(fā)極化，其晶面能俘獲大氣中的自由電荷，從而保持中性，當(dāng)晶面溫度稍有變化即引起自發(fā)極化強度的變化，從而使晶面電荷量發(fā)生相應(yīng)的變化。由于它是非接觸 式測溫，用于測量火焰溫度非常方便。 尋跡傳感器 用 ST178 型光電對管。 ST178 為反射取樣式紅外線對管作為核心傳感器件。它采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，以非接觸檢測方式，檢測距離可調(diào)整范圍大， 410mm 可用。 ST178 的示意圖和特性曲線如圖所示。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。 圖 23 ST178 的示意圖和特性曲線 (a) ST178 示意圖 (b) ST178 特性表 圖 23 ST178 的示意圖和特性曲線 . 避障傳感器 考慮到本系統(tǒng)只需要檢測簡單障礙物，沒有十分復(fù)雜的環(huán)境。為了使用方便，便于操作和調(diào)試 。 用紅外光電開關(guān) ST178 進行避障。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此做出判斷反應(yīng)，是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，當(dāng)檢測到有障礙物的時候，光電對管就能夠接收到物體反射的紅外光，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均能檢測。光電對管 ST178 操作簡 單，使用方便。當(dāng)有光線反射回來時，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時，輸出高電平。 硬件總體設(shè)計方案 經(jīng)過反復(fù)比較論證，我最終確定了如下方案： 手工制作模擬機器人。 采用 Atmega128 單片機作為主控制器。 用 ST178 型光電對管進行避障。 熱釋電紅外測溫傳感器作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅鳌? L298 作為直流電機的驅(qū)動芯片。 使用蜂鳴器進行滅火報警。 圖 24 為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 軟件總體設(shè)計方案 傳感器組把測得溫度分別通過模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單 片機，單片機通過一定的處理，比較得出溫度最高的三個傳感器，根據(jù)能量在自由空間的衰減規(guī)律可知，火源與傳感器的距離與傳感器測得溫度的大小呈負相關(guān)，溫度越高，距離火源越近，所以，火源即在這三個傳感器所對的那個方向上。具體的方位可以通過相應(yīng)的公式計算出來，調(diào)整機器人方向并通過避障傳感器避障前進到火源位置驅(qū)動滅火風(fēng)扇進行滅火。 3 硬件單元電路設(shè)計 本章主要講述了以 AT89S52 為主控制器，設(shè)計相關(guān)的硬件電路。主要硬件電路有：尋線與控制電路、電機驅(qū)動模塊、火焰檢測電路、滅火風(fēng)扇驅(qū)動電路以及聲音報警電路。 電 源電路 ATMEGA128 需要 直流電壓、 150mA 的峰值電流，在考慮到其它外圍芯片的供電電壓和功耗，最終選擇 LM2940 這種專為大功率供電使用的 芯片提供 5V 供電，電源電路如圖 31。 ST178 光電對管尋跡 滅火風(fēng)扇 火焰?zhèn)鞲衅? 聲音報警模塊 L298 驅(qū)動直流電機 Atmega128控制芯片 光電開關(guān)避障模塊 （ 31） 圖 31 微控制器模塊的設(shè)計 ATmega128 單片機介紹 ATMEL 公司的 8 位系列單片機的最高配置的一款單片機，應(yīng)用極其廣泛 ATmega128 主要特性如下： 高性能、低功耗的 AVR 8 位 微處理器 先進的 RISC 結(jié)構(gòu) – 133 條指令 – 大多數(shù)可以在一個時鐘周期內(nèi)完成 – 32 x 8 通用工作寄存器 + 外設(shè)控制寄存器 – 全靜態(tài)工作 – 工作于 16 MHz 時性能高達 16 MIPS – 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器 非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器 – 128K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 壽命 : 10,000 次寫 / 擦除周期 – 具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū) 通過片內(nèi)的啟動程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 真 正的讀 修改 寫操作 – 4K 字節(jié)的 EEPROM 壽命 : 100,000 次寫 / 擦除周期 – 4K 字節(jié)的內(nèi)部 SRAM – 多達 64K 字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間 – 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)軟件加密 – 可以通過 SPI 實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 JTAG 接口 ( 與 IEEE 標準兼容 ) – 遵循 JTAG 標準的邊界掃描功能 – 支持擴展的片內(nèi)調(diào)試 – 通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 Flash, EEPROM, 熔絲位和鎖定位的編程 外設(shè)特點 – 兩個具有獨立的預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時器 / 計數(shù)器 – 兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時器 / 計數(shù)器 – 具有獨立預(yù)分頻器的實時時鐘計數(shù)器 – 兩路 8 位 PWM – 6 路分辨率可編程（ 2 到 16 位）的 PWM – 輸出比較調(diào)制器 – 8 路 10 位 ADC 8 個單端通道 7 個差分通道 2 個具有可編程增益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 – 面向字節(jié)的兩線接口 – 兩個可編程的串行 USART – 可工作于主機 / 從機模式的 SPI 串行接口 – 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器 – 片內(nèi)模擬比較器 特殊的處理器特點 – 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測 – 片內(nèi)經(jīng)過標定的 RC 振蕩器 – 片內(nèi) / 片外中斷源 – 6 種睡眠模式 : 空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及 擴展的 Standby 模式 – 可以通過軟件進行選擇的時鐘頻率 – 通過熔絲位可以選擇 ATmega103 兼容模 式 – 全局上拉禁止功能 I/O 和封裝 – 53 個可編程 I/O 口線 – 64 引腳 TQFP 與 64 引腳 MLF 封裝 工作電壓 – ATmega128L – ATmega128 速度等級 – 0 8 MHz ATmega128L ATmega128 單片機最小系統(tǒng)電路 Atmega128 單片機最小系統(tǒng)電路如圖 32 所示。主要包括復(fù)位電路、 晶振電路 、低通濾波器電路以及各種濾波電容 電機驅(qū)動電路的設(shè)計 用 L298 芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良，從穩(wěn)定性方面考慮，采用電機驅(qū)動芯片 L298 作為電機驅(qū)動。 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品， 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片， 內(nèi)部 包含二個 H 橋的高電壓大電流橋式驅(qū)動器，接收標準 TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 圖 33 LM298 內(nèi)部 H 橋原理圖 46 伏、 2 安培以下的電機，工作溫度范圍從－ 25 度到 130 度。 它相應(yīng)頻率高，一片 L298 可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。 其內(nèi)部的H 橋原理圖如圖 33 所示。 EnA 是控制使能端，控制 OUTl和 OUT2 之間電機的停轉(zhuǎn)， IN IN2 腳接入控制電平，控制 OUTl 和 OUT2 之間電機的轉(zhuǎn)向。當(dāng)使能端 EnA 有效， IN1 為低電平 IN2 為高電平時，三極管 2， 3 導(dǎo)通， 1， 4 截止，電機反轉(zhuǎn)。當(dāng) IN1 和 IN2 電平相同時，電機停轉(zhuǎn)。 如表 31 是 L298 使能引腳 、 輸入引腳和輸出引腳之間的邏輯關(guān)系 表 31 電機運行邏輯關(guān)系 EnA IN1 IN2 電機轉(zhuǎn)向 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同 IN2 同 IN1 停止 L X X 停止 驅(qū)動電路的設(shè)計如圖 34 所示。電池由 VIN 接入，通過 轉(zhuǎn)化為 5v 作為信號電源 VCC。 電機由 L298 供電，由全橋進行瀉流。 對電機的控制信號由 Atmega128 直接輸入， M1_DIR 與 M1_PWM 為 M1 電機的控制信號， （ 34） M2_DIR 與 M2_PWM 為 M2 電機的控制信號 ,其中 INPUT 2 與 INPUT 4 的信號是由輸入INPUT INPUT 3 的信號反向后輸入。通過對單片機的編程就可以實現(xiàn)兩個直流電機的正反轉(zhuǎn)。 L298 控制直流電機加減速的 89c51 單片機 C 程序： include include define uchar unsigne