【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 功能模塊In1In2運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)0XX停止110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111剎停100停止芯片的6腳(ENA)和1腳(ENA)，用于控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。芯片的5腳(IN1),12腳(IN4)，7腳(IN2)和10腳(IN3)，用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。芯片的2腳(OUTI)和14腳(OUT4)，3腳(OUT2)和13腳(OUT3)是驅(qū)動(dòng)器的輸出端。所以需要在L298的輸出端接8個(gè)肖恩二極管11EQS06組成續(xù)流電路，將電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電流消耗，防止對(duì)電路產(chǎn)生影響。L298還提供了兩個(gè)負(fù)載電流的反饋引腳:1腳和15腳接地，此時(shí)就可以通過(guò)對(duì)1腳或者15腳進(jìn)行A/D采樣，來(lái)得到電路中負(fù)載電流，(Vs)和9腳(VSS)兩個(gè)電源引腳，4腳為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端，該電壓需要比9腳輸入電壓大，否則將會(huì)影響芯片的正常工作，而9腳為芯片工作電壓輸入端.。第4章 視覺(jué)輪式移動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人的底層控制167。 步進(jìn)電機(jī)控制原理步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱HB）。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳BC－D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。步進(jìn)電機(jī)是依靠有序的步進(jìn)脈沖運(yùn)動(dòng)的，利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)是非常適合的。整個(gè)系統(tǒng)包含PIC16F877，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L298和步進(jìn)電機(jī)。本設(shè)計(jì)是單片機(jī)控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。PIC16f877單片機(jī)的作用是接受命令，完成相應(yīng)的功能，并作為脈沖邏輯分配器，輸出步進(jìn)電機(jī)所需要的時(shí)序脈沖。步進(jìn)電機(jī)可以向任意方向旋轉(zhuǎn)和停止，實(shí)現(xiàn)了所謂“位置控制”的動(dòng)作。每個(gè)輸入脈沖決定了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。步進(jìn)電機(jī)只是根據(jù)輸入脈沖數(shù)旋轉(zhuǎn)和停止，適合于位置控制，把運(yùn)動(dòng)所必需的脈沖數(shù)，以動(dòng)作所需要的速度輸入給電機(jī)，就能夠正確的控制位置而運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一個(gè)電子裝置進(jìn)行控制，這個(gè)裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是將控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制脈沖信號(hào)的頻率可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)整；控制脈沖數(shù)可以對(duì)電機(jī)精確定位167。 移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型圖41 輪子的示意圖圖41為輪子的示意圖，設(shè)移動(dòng)機(jī)器人與跟蹤物體的原始距離為，上層系統(tǒng)傳送移動(dòng)機(jī)器人與跟蹤物體的距離為，則移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的距離為L(zhǎng)=。176。的步進(jìn)電機(jī)。輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為：（41）步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)位： （42）當(dāng)=時(shí)，機(jī)器人不運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)。圖42為移動(dòng)機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)示意圖，當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人的上層傳達(dá)一個(gè)角度為a=0176。時(shí)，在直角坐標(biāo)系上，沒(méi)有往X軸上有分量，移動(dòng)機(jī)器人則直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)L0時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。當(dāng)L0時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人后退。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，左輪和右輪保持相同的速度運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向。則輪子移動(dòng)的距離就是移動(dòng)機(jī)器人與跟蹤物體的距離。則步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)位：(43)圖42 移動(dòng)機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)示意圖圖43為機(jī)器人前進(jìn)并轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)示意圖，當(dāng)機(jī)器人上層系統(tǒng)傳送“機(jī)器人旋轉(zhuǎn)a176。和L0”的命令時(shí)，則移動(dòng)機(jī)器人從X1Y1坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)到X2Y2坐標(biāo)系。圖43 移動(dòng)機(jī)器人右轉(zhuǎn)示意圖移動(dòng)機(jī)器人先完成轉(zhuǎn)彎在進(jìn)行前進(jìn)。在轉(zhuǎn)彎時(shí)，從圖可知左輪為正轉(zhuǎn)，右輪為反轉(zhuǎn)。輪子移動(dòng)的距離為：S=ar（44）則輪子移動(dòng)的角度為：（45）則驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)為：（46）轉(zhuǎn)彎完成后，移動(dòng)機(jī)器人為直線運(yùn)動(dòng)。左輪為正轉(zhuǎn)，右輪為正轉(zhuǎn)。公式參考43.移動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)左轉(zhuǎn)和后退轉(zhuǎn)彎時(shí)，我們可以參照前進(jìn)右轉(zhuǎn)時(shí)計(jì)算。對(duì)本類移動(dòng)機(jī)器人的控制就是通過(guò)控制算法求出輪子的步速，通過(guò)改變單片機(jī)輸出的脈沖波，完成對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的底層控制。167。 控制器的軟件設(shè)計(jì)在歸納了移動(dòng)機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)行為的基礎(chǔ)上，我們定義了如下的電機(jī)的控制指令::兩個(gè)電機(jī)啟動(dòng)。2正常停機(jī)指令:兩個(gè)電機(jī)停止。:兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)加速。:兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)減速。:改變一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，完成轉(zhuǎn)彎后作直線運(yùn)動(dòng)。:兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)以相同的速度和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。這些指令覆蓋了差動(dòng)輪式移動(dòng)系統(tǒng)的所有基本動(dòng)作，通過(guò)一系列電機(jī)控制指令的組合就可以靈活地控制機(jī)器人完成它所能夠做到的任何動(dòng)作。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要做出某種動(dòng)作時(shí)，車載機(jī)只須將期望動(dòng)作翻譯為一個(gè)電機(jī)指令序列，發(fā)布給運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器就可以按部就班地控制機(jī)器人予以完成?？刂破鞯墓ぷ魇墙邮湛刂浦噶?，并根據(jù)指令改變電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖頻率。對(duì)PIC16F877微控制器而言，輸出脈沖頻率的改變是通過(guò)不斷改變通道寄存器增量值來(lái)實(shí)現(xiàn)。脈沖頻率寄與通道存器設(shè)定值之間的關(guān)系式為:.其中f為當(dāng)前的脈沖頻率，A為定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率，x為當(dāng)前的脈沖寬度（當(dāng)前頻率下通道寄存器設(shè)定值的增量)。調(diào)速時(shí)通道寄存器增量的計(jì)算公式為:。其中，為脈沖頻率的增減量，Y為要獲得的脈沖寬度(期望頻率下通道寄存器設(shè)置值的增量)。實(shí)現(xiàn)這一功能的脈寬計(jì)算子程序流程圖如下圖。單片機(jī)程序由主程序、中斷子程序和一些功能子程序組成，其中中斷子程序是核心，主要工作都在中斷子程序中完成。主程序首先完成RAM區(qū)、各個(gè)端口、各個(gè)功能寄存器的初始化工作，然后打開(kāi)定時(shí)器1的溢出中斷，進(jìn)入中斷等待，并維護(hù)看門狗電路。通訊中斷子程序在有串口數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)被觸發(fā)，對(duì)接受到的指令做初步分析，分類放入指定的命令存儲(chǔ)區(qū)，等待處理。定時(shí)中斷子程序是整個(gè)電機(jī)控制的中樞神經(jīng)，它的流程圖如圖41。中斷子程序首先對(duì)命令存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)有新的指令時(shí)，調(diào)用命令解釋子程序，對(duì)命令存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和處理。在命令解釋子程序中，當(dāng)命令為增/減速指令時(shí)調(diào)用脈寬計(jì)算子程序計(jì)算該輸出比較通道的增量值，寫入數(shù)據(jù)區(qū)(通道寄存器增量值的存放區(qū))，并判斷當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)，寫入電機(jī)狀態(tài)標(biāo)志字。當(dāng)不是增減速指令時(shí)，因期望狀態(tài)都無(wú)法一步到達(dá)(如啟動(dòng)、停機(jī)、速度設(shè)置等)，程序會(huì)根據(jù)電機(jī)狀態(tài)標(biāo)志字先判斷當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)，根據(jù)命令區(qū)數(shù)據(jù)生成期望狀態(tài)，對(duì)比兩狀態(tài)差異。決定通道中斷的狀態(tài)，然后若通道中斷為開(kāi)啟狀態(tài)，程序?qū)⒄{(diào)用脈寬計(jì)算子程序計(jì)算下一步的增量值，寫入數(shù)據(jù)區(qū)，根據(jù)該指令為各個(gè)電機(jī)的狀態(tài)標(biāo)志字置位，最后返回。下面以啟動(dòng)為例對(duì)該流程予以說(shuō)明:當(dāng)前處于停機(jī)狀態(tài)，接收命令為啟動(dòng)，命令解釋程序會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行期望，將對(duì)應(yīng)的通道中斷打開(kāi)，為該通道的數(shù)據(jù)區(qū)成初值，置為狀態(tài)標(biāo)志字的啟動(dòng)位，然后返回。溢出中斷子程序中將通道中斷打開(kāi)后，便標(biāo)志著移動(dòng)機(jī)器人開(kāi)始處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通道中斷子程序便在每一次中斷中將代表脈沖寬度的增量值加到通道寄存器中，從而產(chǎn)生一定頻率的脈沖。通道中斷子程序流程圖，進(jìn)入中斷子程序后，程序首先判斷電機(jī)狀態(tài)字，若現(xiàn)在處于某種設(shè)定狀態(tài)(如上面設(shè)定的啟動(dòng)狀態(tài)等)，則程序會(huì)根據(jù)狀態(tài)字的標(biāo)志位跳轉(zhuǎn)到各個(gè)狀態(tài)的入口，完成該狀態(tài)需要的計(jì)算和設(shè)定，若不是處于某過(guò)渡狀態(tài)，則程序直接設(shè)定通道寄存器的值，移動(dòng)機(jī)器人保持當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。圖44 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖結(jié)　論本設(shè)計(jì)主要完成以下工作：（1） 簡(jiǎn)要的介紹了移動(dòng)機(jī)器人的歷史和在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀。從總體上介紹了視覺(jué)導(dǎo)航（2） 選擇步進(jìn)電機(jī)為移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)。上層系統(tǒng)計(jì)算移動(dòng)機(jī)器人的角度和距離等信息傳給下層系統(tǒng)，通過(guò)分析得到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算等到輪子的步數(shù)等。完成軟件的編寫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的預(yù)期控移動(dòng)機(jī)器人的兩個(gè)重要部分（視覺(jué)處理和運(yùn)動(dòng)控制）。（3） 選擇電路元件—單片機(jī)PIC16F87步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L29穩(wěn)壓電源LM7805。完成了底層控制原理圖的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)應(yīng)用了propel99SE軟件制作電路圖并完成PCB版圖的設(shè)計(jì)。制。 參考文獻(xiàn)[1]彭樹(shù)生編著 PIC單片機(jī)實(shí)踐與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社[2]求是科技編著 PIC單片機(jī)典型模塊實(shí)例導(dǎo)航 人民郵電出版社[3]張俊謨編著 單片機(jī)中級(jí)教程——原理與應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社[4]老虎工作室 張偉 王立 編著 PROTEL 99SE 基礎(chǔ)教程 人民郵電出版社[5]劉錦波 張誠(chéng)慧 等 編著 電機(jī)與拖動(dòng) 清華大學(xué)出版社[6]譚建成 電機(jī)控制專用集成電路 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.[7]王福瑞等 單片機(jī)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全．北京：北京航空航天大學(xué)出版社 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，49致　謝首先,要感謝我的導(dǎo)師—00。在他的關(guān)懷與熱心指導(dǎo)下，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。他認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)格深深感染了我。首先他給了我很大的自由空間和充分的信任，促使我在倒立擺控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行自己的思考，其次在細(xì)節(jié)上又能循循善導(dǎo)，提出我設(shè)計(jì)的不足和改進(jìn)辦法，使我認(rèn)識(shí)到自己需要提高的地方，對(duì)我以后研究生的學(xué)習(xí)也會(huì)有很大幫助。其次，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)與同學(xué)們相互討論心得、相互鼓勵(lì)，使我對(duì)大學(xué)所學(xué)專業(yè)課程有了更全面的理解和初步的應(yīng)用?！叭诵?，必有我?guī)熝伞保敬卧O(shè)計(jì)中，在老師和同學(xué)們身上學(xué)到很多可貴的東西，我認(rèn)識(shí)到交流的重要性，學(xué)習(xí)更需要交流。最后，在即將繼續(xù)進(jìn)行研究生的學(xué)習(xí)之前，我再一次感謝為我們辛勤工作、付出汗水的老師們和相互幫助的同學(xué)們。附　錄運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)電路圖PCB版圖程序LISP=16F877 INCLUDEPIC16F877PCL EQU 02HSTATUS EQU 03HPORTC EQU 07HPORTD EQU 08HTRISC EQU 87HTRISD EQU 88HINTCON EQU 0BHCCP1IF EQU 2HCCP1CON EQU 17HCCPR1L EQU 0EHCCPR1H EQU 0FHPIR1 EQU 0CHPIR2 EQU 0DHTMR1L EQU 0EHTMR1H EQU 0FHADRESH EQU 1EHADCON0 EQU 1FHPIE1 EQU 8CHPIE2 EQU 8DHADCON1 EQU 9FHT1CON EQU 10HRP1 EQU 06HRP0 EQU 05HZ EQU 02HC EQU 00HTMR1IF EQU 00HDATA1 EQU 20HDATA2 EQU 21HTEMP EQU 22HW_TEMP EQU 25HS_TEMP EQU 26HSCALER EQU 27HAD_STATTUS EQU 28HSIGN EQU 22HSUN EQU 24HINDEX EQU 25HW_BUF EQU 26HVALUE EQU 27HNUM EQU28HCOUNT1 EQU 1AHCOUNT2 EQU 0FFHORG 00HNOPGOTO MAINORG 04HG