【正文】 新設(shè)計指導(dǎo)書31圖 電機(jī)驅(qū)動電路直流電機(jī)在一定電壓下，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩成反比；如果改變電壓，則轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩線隨著電壓的升降而升降（如圖 ） 。在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人負(fù)載一定時（即轉(zhuǎn)矩一定時） ，降低電壓，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 n1，n2 不同，n1n2，這樣就可實現(xiàn)用電機(jī)調(diào)速。圖 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速與電壓關(guān)系圖在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人里采用的是改變電機(jī)電壓的方式來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人提供給電機(jī)的信號是方波，不同的方波它的平均電壓不同（如圖 ） ，我們就利用這一點(diǎn)來進(jìn)行能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的速度控制。采用不同的脈寬調(diào)節(jié)平均電壓的高低，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即脈寬調(diào)制（PWM，Pulse Width Modulation） 。 （如圖 ） PA5，PA6 分別給 AS611 發(fā)脈寬調(diào)制信號，通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)輸入到電機(jī)的平均電壓。AS611 每路電機(jī)控制輸出為 1A，并有超載保護(hù)功能。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)書32圖 不同寬度的方波實現(xiàn) PWM 控制能力風(fēng)暴的電機(jī)是經(jīng)過減速器將轉(zhuǎn)動傳給輪子，將高速轉(zhuǎn)化為低速。 “能力風(fēng)暴”通過三級直齒輪傳動減速，以滿足“能力風(fēng)暴”運(yùn)行的速度和轉(zhuǎn)矩。圖 三級減速器（齒輪頭）. 喇叭喇叭由 PA3 控制，經(jīng) IC7 放大后驅(qū)動喇叭（蜂鳴器） 。能力風(fēng)暴在板上擴(kuò)展了一個直流電機(jī)接口，伺服電機(jī)接口，都由 PA3 控制，因此喇叭、擴(kuò)展直流電機(jī)和伺服電機(jī)三者不能同時使用，需用短路端子選擇 PA3 可控制擴(kuò)展的直流電機(jī)，伺服電機(jī)和喇叭。在具體使用時用戶可根據(jù)需要進(jìn)行選擇，見圖 。圖 PA3 跳線選擇能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)書33. 硬件擴(kuò)展總線 ASBUS能力風(fēng)暴控制板設(shè)計了 ASBUS 總線見（圖 ） ，簡單類似于 ISA 和 PCI總線。采用堆疊式的 ASBUS 擴(kuò)展卡可以方便擴(kuò)展控制板的功能。 PC01 PC12 P23C34 P45 PC56 PC67 P78/RESET9 /IQVcGNDVmotrGND10 ASBUSAPE7 1P6 2PE5 3PA14P25PA36OS07S18OS2 9S310IS0 1IS1 12IS2 13IS3 14ASBUSB1121314VmotrD01D23D45D67圖 ASBUS 信號線ASBUSA 和 ASBUSB 分別有 14 個信號線。PCOPC7：數(shù)據(jù)總線RESET：復(fù)位信號IRQ：外部中斷輸入腳VCC：+5V 電源（負(fù)載不要超過 300MA）Vmotor：電機(jī)電壓，也即電池電壓，可接較大負(fù)載GND：地IS0IS3：輸入選擇線 03OS00S3：輸出選擇線 03PA1PA2：輸入捕捉口PA3：輸出比較口，已被喇叭、DC3，servo 使用，PE5PE7：模擬輸入口下面舉例介紹具體的擴(kuò)展方法。. 擴(kuò)展 2 個光敏傳感器ASBUS 上還有 3 個模擬輸入口 PE5PE7，選擇 PE5，PE6 作為 2 個光敏傳感器和輸入口，見圖 。具體實施時，可采用 ASDIY 通用實驗板，在上面布置電阻和插座，2 個光敏電阻焊在附帶的圓形傳感器板 PCB，焊上插頭，裝入傳感器管，滴一點(diǎn) 502 膠水固定，然后裝在能力風(fēng)暴外殼空閑傳感器孔內(nèi)，即完成2 個光敏傳感器的擴(kuò)展。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)書34圖 擴(kuò)展兩個光敏傳感器調(diào)用 analog（5） ，analog（6）檢測新擴(kuò)展光敏傳感器的光強(qiáng)值。擴(kuò)展溫度傳感器、力傳感器等模擬量輸入傳感器均可采用這種方法。. 擴(kuò)展紅外接收傳感器利用 ASBUSB 上的 PA1,PA2 即可方便地擴(kuò)展，調(diào)用 digital（1） ，digital（2）獲取數(shù)據(jù)；擴(kuò)展的 2 個紅外接收傳感器可用于擴(kuò)展其它方向的測障能力，或感知其他能力風(fēng)暴伙伴發(fā)來的紅外信號，可用在玩捉迷藏游戲中。圖 擴(kuò)展兩個紅外接收傳感器前置放大 207。222。249。197。180。243。198。247。180。248。205。168。194。203。178。168。198。247。229。214。181。188。236。178。168。198。247。213。208。206。181。231。194。 202。228。179。246。197。180。243。123GNDVOUTVc186。236。205。226。189。211。202。213。圖 能力風(fēng)暴紅外接收傳感器模塊原理圖PA1，PA2 可用來擴(kuò)展數(shù)字或脈沖輸入的傳感器，如光電編碼器，超聲傳感器等。研究一下怎樣擴(kuò)展一個超聲傳感器，使能力風(fēng)暴看得更遠(yuǎn)？能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)書35. 擴(kuò)展 8 個數(shù)字輸出口想再增加 2 個 LED 來裝飾能力風(fēng)暴，想增加一個步進(jìn)電機(jī)，想增加 2 個伺服電機(jī)制作的手爪，需要擴(kuò)展更多的輸出口。利用 ASBUS 的并行口擴(kuò)展功能，采用地址鎖存芯片 74HC373，用 OS0 線進(jìn)行片選。數(shù)據(jù)總線送到 74HC373 后將被鎖存，從而輸出給外部設(shè)備，數(shù)字輸出口的狀態(tài)可由發(fā)光二極管的狀態(tài)顯示，outputo=1，則 LED0 亮。Outputo0Outputo7 加驅(qū)動電路后可控制電機(jī)、繼電器、燈泡等等。 GND74HC0LED1K outp 0outp 874HC37OCCD7 6D5 D 2D1 0Q7 6Q5 Q 2Q1 0GNDVcPC0PC765PC4321RESTIQVcGNDmotr PE765PA123OS012OS3I12S3I4ASBU ASBU圖 擴(kuò)展 8 個數(shù)字輸出口想一下，怎樣擴(kuò)展 8 個數(shù)字輸入口？怎樣擴(kuò)展每個伺服電機(jī)控制接口？怎樣擴(kuò)展一片鍵盤控制芯片？怎樣擴(kuò)展語音芯片？ASBUS 的擴(kuò)展?jié)摿艽?，你開發(fā)出自己的 ASBUS 卡，請告訴我們。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)書36第四章 編程——賦予能力風(fēng)暴智慧. 第一個 JC 程序，Hello Robot! 運(yùn)行JC。如果沒有連接能力風(fēng)暴，JC 會提醒你連接。新建一個程序窗口，把下面的程序輸入窗口。void main( ){printf(Hello Robot!\n)。} 在菜單里選擇下載當(dāng)前程序。如果程序沒保存過，按系統(tǒng)提示命名保存（請把文件保存到JC10 的安裝目錄下）。 程序下載時，JC 交互窗口會顯示下載過程。下載完成后，程序并不馬上運(yùn)行，必須按下能力風(fēng)暴的復(fù)位（RESET）鍵，系統(tǒng)才自動運(yùn)行程序中的main()函數(shù)。程序裝載后一直保留在能力風(fēng)暴內(nèi)存中，直到用戶通過交互命令窗口御載該程序文件或下載與其同名的新文件。 這樣我們第一個JC 程序就下載完成了。這時你可以拔下串口通訊線。由于能力風(fēng)暴采用專門設(shè)計的不揮發(fā)靜態(tài)RAM，斷電后程序能一直保存在能力風(fēng)暴內(nèi)存里。每次你打開電源開關(guān)或按下復(fù)位鍵，程序中的main( )函數(shù)都會自動執(zhí)行一遍。在給能力風(fēng)暴下載程序時，有個小竅門：用合適的東西把能力風(fēng)暴支起來。這樣就不會發(fā)生，一打開能力風(fēng)暴電源，它就滿桌亂跑的情況了。. 控制你的能力風(fēng)暴能力風(fēng)暴有左右兩個電機(jī)，是它主要動力來源。能力風(fēng)暴還有喇叭、液晶屏等輔助輸出手段，能夠讓你了解它的運(yùn)行狀態(tài)。充分利用好電機(jī)，能夠讓你的能力風(fēng)暴在比賽中占據(jù)優(yōu)勢。. 校正能力風(fēng)暴的電機(jī)直流電機(jī)和減速器由于生產(chǎn)裝配過程中的因素，不可能做到轉(zhuǎn)速完全一樣。兩只電機(jī)之間總是有或多或少的差異。這使得我們在使用中可能會發(fā)現(xiàn)，即使在程序中給左右電機(jī)設(shè)置一樣的功率級別，能力風(fēng)暴走出的也不是一條直線，會向一邊偏，這在長距離運(yùn)動時最明顯。因此，在對運(yùn)動精度要求高的場合，我們首先要校正能力風(fēng)暴的電機(jī)偏差。常用的校正方法是在軟件中設(shè)置偏置量。下面的函數(shù)使用一個全局變量drive_bias，只要調(diào)用該函數(shù)，就會自動利用該偏置量修正左右電機(jī)的功率值，能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)書37使電機(jī)轉(zhuǎn)動達(dá)到預(yù)期效果。driveb 是 drive 庫函數(shù)的擴(kuò)展版本。該函數(shù)在 JC 庫文件目錄下的 文件中有定義，調(diào)用該函數(shù)前要加載該文件。int drive_bias = 0。void driveb(int trans, int rot) /* Correct for motor bias */{ int rot_bias = (drive_bias * trans) / 100。 motor(0,trans (rot + rot_bias))。 motor(1,trans + (rot + rot_bias))。}偏置量的大小是通過試驗得到。在一個平坦開闊的地方，先把 drive_bias 設(shè)為 0，電機(jī)功率設(shè)為 80，把能力風(fēng)暴的中軸線對準(zhǔn)前方，能力風(fēng)暴前進(jìn)一段較長距離后，量出它偏離初始前進(jìn)方向的距離。修改 drive_bias 的值和正負(fù)，重復(fù)前面的試驗，直到偏離值得到糾正或無法再變小為止，這時的 drive_bias 值就是最終的偏置量。這種軟件方法對大多數(shù)電機(jī)偏差都有校正作用。此外：如果有條件通過硬件調(diào)整，將會有更好的效果。. 走出規(guī)則軌跡下面我們讓能力風(fēng)暴在地上走出一個規(guī)則的軌跡。void round(){ driveb(60,30)。 /*要先加載 ，否則用 drive 替代*/ sleep()。 stop()。}能力風(fēng)暴逆時針走直徑約一米的圓形路徑。void rectangle(){ int i。 for(i = 0。 i 4。 i++){ driveb(60,0)。 /*要先加載 ，否則用 drive 替代 */ sleep()。 driveb(50,50)。 sleep()。}stop()。}能力風(fēng)暴逆時針走約一米見方的正方形路徑。其中 sleep()是能力風(fēng)暴轉(zhuǎn) 90彎所需要的時間。該值和轉(zhuǎn)彎速度以及能力風(fēng)暴的電機(jī)有關(guān)，需要實際調(diào)整，此外地面的摩擦力也有影響。利用 sleep()函數(shù)是控制電機(jī)工作的常用方法。熟練掌握 sleep()函數(shù)的應(yīng)用將使你的程序簡潔高效。此外，能力風(fēng)暴的喇叭能發(fā)出不同頻率的樂音。在例目錄下的 文能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)書38件有利用喇叭奏樂的例子。音樂能加強(qiáng)你的能力風(fēng)暴的表現(xiàn)力。. 讓能力風(fēng)暴獲得感知周圍環(huán)境的能力。 在前面的例子中，能力風(fēng)暴只是簡單的執(zhí)行你預(yù)先設(shè)定好的指令，沒有自主能力。它不知道前進(jìn)的道路上有沒有障礙，也不知道有沒有完成你給的指令。比如前面你讓它走一個正方形，而它在中途撞到門上，它只會卡死在那，不知道避開?？梢哉f沒有感知周圍環(huán)境能力，你看到的只是一臺沒有生命的機(jī)器。而能力風(fēng)暴之所以叫個人機(jī)器人，就是它擁有多種感知環(huán)境的手段，再配合它先進(jìn)的“大腦” ，才可能在實際環(huán)境中完成一定的任務(wù)，才能產(chǎn)生豐富的行為。因此，用好能力風(fēng)暴的傳感器是非常重要的。能力風(fēng)暴的傳感器主要有碰撞傳感器（bumper） ，光敏傳感器，主動式紅外測障傳感器，旋轉(zhuǎn)角度編碼器和麥克風(fēng)。其中麥克風(fēng)是沒有方向性的，能感知聲音的強(qiáng)弱；光敏傳感器能感知所在方向上的光強(qiáng)；主動式紅外測障傳感器能感知前方 40 厘米以內(nèi)的障礙物。碰撞傳感器有效范圍最小，能感受到四個方向上的碰撞；旋轉(zhuǎn)角度編碼器不是用于探測外部環(huán)境，而是測量輪子旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)。. 能力風(fēng)暴的基本程序結(jié)構(gòu)while(1) /*循環(huán)檢測*/{ ir=ir_detect()。 /*對環(huán)境采樣*/ if(ir0) /*條件判斷*/ { 語句 1。 /*做相應(yīng)的處理*/ 語句 2。 } else { 語句 3。 語句 4。 } sleep()。 /*采樣周期*/}. 一個“臺球”程序下面結(jié)合“臺球”程序來學(xué)習(xí)碰撞傳感器的使用。void billiards (){ int bill_trans=0。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)書39 int bill_rot=0。 int bmpr=0。 while(1) /*無限循環(huán)檢測 */ { bmpr=bumper()。 /*檢測碰撞傳感器*/ if(bmpr!=0) { if(bmpr==0b0011) /*正前方發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=80。 /*后退*/ bill_rot=0。 } else if(bmpr==0b1100) /*正后方發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=80。 /*前進(jìn)*/ bill_rot=0。 } else if(bmpr amp。 0b1010) /*左側(cè)發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=0。 bill_rot=80。 drive(bill_trans,bill_rot)。 sleep()。 /*順時針轉(zhuǎn)一個角度*/ bill_trans=80。 /*前進(jìn)*/ bill_rot=0。 } else if(bmpr amp。 0b0101) /*右側(cè)發(fā)生碰撞*/ { bill_trans=0。 bill_rot=80。 drive(bill_trans,bill_rot)。 sleep()。 /*逆時針轉(zhuǎn)一個角度*/ bill_trans=80。 /*前進(jìn)*/ bill_rot=0。 } drive(bill_trans,bill_rot)。 /*