【導(dǎo)讀】人禮儀小姐的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。鑒于機(jī)器人禮儀小姐可以應(yīng)用在餐館商場(chǎng)、大型。得到更廣泛的應(yīng)用。本論文采用ATMEI公司AVR系列單片機(jī)AT90S8535作為控制芯片，直流電機(jī)。其次，對(duì)AT90S8535的性能，以及直流電機(jī)作了簡(jiǎn)要的介紹。件，控制著驅(qū)動(dòng)元件直流電機(jī)的運(yùn)行，發(fā)音電路的發(fā)音，閃光電路的閃亮等。

　　

【正文】 2B(﹩ 4B) OCR1AH T/C1 輸出比較寄存器 A 高字節(jié) ﹩ 2A(﹩ 4A) OCR1AL T/C1 輸出比較寄存器 A 低字節(jié) ﹩ 29（﹩ 49） OCR1BH T/C1 輸出比較寄存器 B 高字節(jié) ﹩ 28（﹩ 48） OCR1BL T/C1 輸出比較寄存器 B 低字節(jié) ﹩ 27(﹩ 47) ICR1H T/C1 輸出捕獲寄存器高字節(jié) I/O（數(shù)據(jù)）地址 名稱(chēng) 描述 ﹩ 26（﹩ 46） ICR1L T/C1 輸出捕獲寄存器低字節(jié) ﹩ 25（﹩ 45） TCCR2 T/C2 控制寄存器 ﹩ 24（﹩ 44） TCNT2 T/C2 定時(shí)數(shù)據(jù)寄存器 ﹩ 23（﹩ 43） OCR2 T/C2 輸出比較寄存器 ﹩ 22（﹩ 42） ASSR 異步模式狀態(tài)寄存器 ﹩ 21（﹩ 41） WDTCR 看門(mén)狗控制寄存器 ﹩ 1F（﹩ 3F） EEARH EEPROM 高地址寄存器 ﹩ 1E（﹩ 3E） EEARL EEPROM 低地址寄存器 ﹩ 1D（﹩ 3D） EEDR EEPROM 數(shù)據(jù)寄存器 ﹩ 1C（﹩ 3C） EECR EEPROM 控制寄存器 ﹩ 1B（﹩ 3B） PORTA A 口數(shù)據(jù)寄存器 ﹩ 1A（﹩ 3A） PINA A 口輸入引腳 ﹩ 19（﹩ 39） DDRA A 口方向寄存器 ﹩ 18（﹩ 38） PORTB B 口數(shù)據(jù)寄存器 ﹩ 17（﹩ 37） PINB B 口輸入引腳 ﹩ 16（﹩ 36） DDRB B 口方向寄存器 ﹩ 15（﹩ 35） PORTC C 口數(shù)據(jù)寄存器 ﹩ 14（﹩ 34） PINC C 口輸入引腳 ﹩ 13（﹩ 33） DDRC C 口方向寄存器 ﹩ 12（﹩ 32） PORTD D 口數(shù)據(jù)寄存器 ﹩ 11（﹩ 31） DDRD D 口輸入引腳 ﹩ 0F（﹩ 2F） SPDR D 口方向寄存器 ﹩ 0E（﹩ 2E） SPSR SPI 數(shù)據(jù)寄存器 ﹩ 0D（﹩ 2D） SPCR SPI 狀態(tài)寄存器 ﹩ 0C（﹩ 2C） UDR UART 數(shù)據(jù)寄存器 ﹩ 0B（﹩ 2B） USR UART 狀態(tài)寄存器 ﹩ 0A（﹩ 2A） UCR UART 控制寄存器 ﹩ 09（﹩ 29） UBRR UART 波特率寄存器 ﹩ 08（﹩ 28） ACSR 模擬比較器控制和狀態(tài)寄存器 ﹩ 07（﹩ 27） ADMUX ADC 多數(shù)選擇寄存器 ﹩ 06（﹩ 26） ADCSR ADC 控制和狀態(tài)寄存器 第三章 AT90S8535 單片機(jī) 23 ﹩ 05（﹩ 25） ADCH ADC 數(shù)據(jù)寄存器高字節(jié) ﹩ 04（﹩ 24） ADCL ADC 數(shù)據(jù)寄存器低字節(jié) 表 直接給用戶使用的 SRAM 單元為﹩ 006F﹩ 025F，共 512B，這部分 SRAM 單元用于存放在程序執(zhí)行過(guò)程中定義的各種變量。 3． EEROM AT90S8535 單片機(jī) 具有 512B 的 EEPROM，可以通過(guò)對(duì)相關(guān)的寄存器進(jìn)行操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) EEPROM 按字節(jié)進(jìn)行讀寫(xiě)。 EEPROM 的擦寫(xiě)次數(shù)在 100000 次以上。 第四章 直流電動(dòng)機(jī) 24 第四章 直流電動(dòng)機(jī) 直流電機(jī)實(shí)際上是機(jī)器人平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，有著較寬的功率調(diào)節(jié)范圍、適用性好、具有很高的性價(jià)比，是一種最為通用的電機(jī)。 直流電機(jī)是最早發(fā)展起來(lái)的一種直流電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電機(jī)。到目前為止，直流電機(jī)仍是輸出功率最強(qiáng)勁的電機(jī)。數(shù) 十年來(lái)，很多深入的研究使得直流電機(jī)變得更快、更強(qiáng)、更高效。優(yōu)質(zhì)的直流電機(jī)效率可達(dá) 90%，不過(guò)對(duì)絕大多數(shù)價(jià)格適宜的普及直流電動(dòng)機(jī)而言，效率通常達(dá)不到如此高的水平。然而，它們?nèi)匀皇亲銐虻膹?qiáng)勁，只是它們需要更大的電流。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理 直流電機(jī)的分類(lèi) 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式不同也可以使運(yùn)行性能產(chǎn)生很大的差異，按照勵(lì)磁方式不同，直流電機(jī)可以分為： 1．他勵(lì)電動(dòng)機(jī) 電樞繞組和勵(lì)磁繞組分別由兩個(gè)直流電源供電。 2．并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電，從性能上講他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同。 3． 串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后再接于直流電源。 4．復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，通常采用積復(fù)勵(lì)， 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)要實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換，應(yīng)該有靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分。靜止部分稱(chēng)為定子，轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱(chēng)為轉(zhuǎn)子。直流電機(jī)是由轉(zhuǎn)子、換向器和定子 3 個(gè)主要部分組成。 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是將單匝或多匝的線圈固定在中心軸上經(jīng)過(guò)換向器的電流在線圈中不停的交換方向，在霍倫茲力作用下，線圈受到轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用構(gòu)成轉(zhuǎn)矩通過(guò)轉(zhuǎn)軸。 換向器：換向器的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)相互分開(kāi)的固定在電機(jī)軸上的金屬板，用來(lái)給線圈交替供電 ，他們隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和兩個(gè)換向電刷交替的接觸，交換極性。 定子：定子圍繞電機(jī)軸（轉(zhuǎn)子）安置的永久磁鐵，它產(chǎn)生磁場(chǎng)。某些電機(jī)，尤其是大功率電機(jī)，適用電磁鐵充當(dāng)定子，在強(qiáng)永久磁鐵被廣泛應(yīng)用前，電磁鐵第四章 直流電動(dòng)機(jī) 25 一直應(yīng)用得很普遍。 必須指出的是，上面所說(shuō)的是由一根導(dǎo)線繞成的線圈，事實(shí)上，實(shí)際應(yīng)用的電機(jī)中的線圈都將導(dǎo)線繞制成若干匝，成為繞組。目的在于增加霍倫茲力的強(qiáng)度，更進(jìn)一步，多數(shù)電機(jī)在少有三組繞組，這種安排是為了避免在繞組轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)過(guò)大而導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)不均勻，而且也比單繞組電機(jī)效率高。 直流電機(jī)的工作原理 在永磁直流電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)有兩塊磁鐵提供磁場(chǎng)，電樞位于電機(jī)中央，內(nèi)置奇數(shù)對(duì)電極，每一對(duì)電極對(duì)應(yīng)一個(gè)繞組。這些繞組都在電樞軸上的被稱(chēng)為換向器的金屬片連接。當(dāng)一個(gè)繞組受靠他最近的一塊永磁體排斥時(shí)，另一繞組則被另外一塊永磁體相吸引，在這一物理過(guò)程，與電機(jī)正負(fù)極像連接的電刷將向繞組提供電能。電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電刷會(huì)不斷地改變磁場(chǎng)中繞組的極性。由于電樞總具有奇數(shù)對(duì)繞組，所以永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)所有繞組與機(jī)殼內(nèi)的兩塊永久磁體相對(duì)于一條直線對(duì)稱(chēng)的情況。顯然出現(xiàn)這種情況意味著電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。附著在電樞中心軸上的三塊金屬片分別連接著環(huán)保轉(zhuǎn)軸的三 個(gè)繞組。電刷精確的輪流向每個(gè)繞組提供電能，確保電樞受的磁場(chǎng)力永遠(yuǎn)達(dá)不到平衡狀態(tài)。這便是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。電流越大，通過(guò)電樞的磁場(chǎng)越強(qiáng)，電樞就轉(zhuǎn)得越快。 直流電機(jī)的基本方程式 直流電機(jī)的基本方程有電勢(shì)平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式和功率平衡方程式。 1．電勢(shì)平衡方程式 直流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，設(shè)電樞兩端外加電壓為 U，電樞電流為 Ia，電樞電勢(shì)為 Ea。有電機(jī)的工作原理可知，這時(shí) Ea 和 Ia 是反向的，即 Ea 是個(gè)反電勢(shì)，設(shè)各量的正方向如實(shí)際方向。則直流電機(jī)的電勢(shì)平衡方程式為 2U Ea IaRa Ub? ? ? ? Ra 為電樞回路總電阻， 2．轉(zhuǎn)矩平衡方程式 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tm 是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl 及空載轉(zhuǎn)矩 T0 相平衡，即 0Tm Tl T?? 第四章 直流電動(dòng)機(jī) 26 由此可見(jiàn)，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩只是電磁轉(zhuǎn)矩的一部分，即與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡部分。 功率平衡方程式 直流電機(jī)的控制 電機(jī)控制起來(lái)是十分簡(jiǎn)便的，首先如果想驅(qū)動(dòng)電機(jī)，只需通電就行。如果需要電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力電的極性反向就可以。至于電機(jī)的速度控 制和輸出轉(zhuǎn)矩大小的控制則通過(guò)改變電源電壓的高低來(lái)完成。 改變輸出到電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈上的有效電壓的大小可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變輸入電壓的方法是在電路中串聯(lián)一個(gè)可變電阻。 機(jī)器人禮儀小姐采用 L298N 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。 L298N 驅(qū)動(dòng)芯片是一款高集成度的小型直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)或雙極性步進(jìn)電機(jī)。在 4—— 6V 電壓下，可提供 2A 的額定電流，L298N 過(guò)熱后會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，并且有電流反饋檢測(cè)功能。 L298N 的引腳功能如下： 引腳編號(hào) 名稱(chēng) 功能 1 電流傳感器 A 在該引腳和地之間 接小阻值的電阻可用來(lái)檢測(cè)電流 2 輸出引腳 1 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 A 的輸出端 1，接至電機(jī) A 3 輸出引腳 2 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 A 的輸出端 1，接至電機(jī) A 4 電機(jī)電源端 電機(jī)供電輸入端 5 輸入引腳 1 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 A 的邏輯控制輸入端 1 6 使能端 A 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器的 A 的使能端 7 輸入引腳 3 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 A 的邏輯控制輸入端 2 第四章 直流電動(dòng)機(jī) 27 8 邏輯地 邏輯地 9 邏輯電源端 邏輯控制電路的電源輸入端 10 輸入 引腳 3 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的邏輯輸入控制端 1 11 使能端 B 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的使能端 12 輸入引腳 4 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的邏輯輸入控制端 2 13 輸出引腳 3 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的輸出端 1，接至電機(jī) B 14 輸出引腳 4 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器 B 的輸出端 2，接至電機(jī) B 15 電流傳感器 B 在該引腳和地之間接小阻值的電阻可用來(lái)檢測(cè)電流 表 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 A/B 的控制邏輯如表 所示； 使能端A/B 輸入引腳1/3 輸入引腳 2/4 電機(jī)運(yùn)動(dòng)方式 1 1 0 前進(jìn) 1 0 1 后退 1 1 1 緊急停車(chē) 1 0 0 緊急停車(chē) 0 X X 自由轉(zhuǎn)動(dòng) 表 第五章 機(jī)器人禮儀小姐的原理 28 第五章 機(jī)器人禮儀小姐的原理 機(jī)器人禮儀小姐 的各部分組成 機(jī)器人禮儀小姐的工作電源 機(jī)器人 禮儀小姐的 工作 電壓有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和單片機(jī)工作電源兩部分組成，如圖所示。 電源原理圖 圖 D1 整流二極管是防止外接電源接反。 C1 是為了防止產(chǎn)生自激振蕩。 7805CT 前接 12V 給直流減速電機(jī)使用，三段穩(wěn)壓管 7805 在穩(wěn)壓濾波后輸出 5V 直流電壓，供單片機(jī)電源與直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的隔離。 C2 是為了消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性，即在負(fù)載電流變化時(shí)不致因其輸出端電壓不至于有太大的波動(dòng)。 發(fā)光二極管用于左電源狀態(tài)指示 ，當(dāng)電源接通時(shí) ，發(fā)光二極管就會(huì)亮 。 R1 為限流電阻。 穩(wěn)壓器 7805 為三端固定式輸出集成穩(wěn)壓器。它有三個(gè)引線端：輸入端（接整流濾波電路的輸出）、輸出端（接負(fù)載）和公共地端。 78系列為正輸出，05 代表輸出的電壓值為 +5 伏。此處它的作用為輸出固定的穩(wěn)壓 綜上，機(jī)器人禮儀小姐的供電系統(tǒng)分為兩部分。單片機(jī)需要 +5 伏的電源，而直流電機(jī)需要 +12 伏的電壓驅(qū)動(dòng)。機(jī)器人禮儀小姐系統(tǒng)采用 +12 伏的鋰 電池供電，通過(guò) 7805 穩(wěn) 壓芯片來(lái)獲得 +5 伏電源。 第五章 機(jī)器人禮儀小姐的原理 29 AT90S8535 單片機(jī)的復(fù)位電路 AT90S8535 單片機(jī)的 復(fù)位電路原理如 圖， AVR 單片機(jī)為低電平復(fù)位， S1 為復(fù)位按鍵。由 R C3 組成的復(fù)位電路用于保證單片機(jī)、機(jī)器人開(kāi)機(jī)通電時(shí)完成初始化操作（自動(dòng)復(fù)位）。 S1 為手動(dòng)復(fù)位初始化， R3 起保護(hù)作用。 AT90S8535 單片機(jī)的復(fù)位電路 圖 AT90S8535 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘電路如圖所示，在 AT90S8535 的 XTAL1 和 XTAL2 之間加上0— 5M 的晶振，并通過(guò) 20PF 左右的電容接地為單片機(jī)提供工作電壓。 圖 機(jī)器人 禮儀小姐的眼睛 機(jī)器人 的眼睛如圖所示，它是由發(fā)光二極管 D D3 組成，電阻是作限流保護(hù)作用。當(dāng) I/O 口上為低電平時(shí)，發(fā)光二極管就亮了，即機(jī)器人的眼睛閃爍。 光電檢測(cè)電路 第五章 機(jī)器人禮儀小姐的原理 30 眼睛電路 圖 紅外線發(fā)光二極管發(fā)出紅外線，如果來(lái)賓走進(jìn)屋，他將將紅外線擋回在光敏三極管產(chǎn)生光電效應(yīng)。產(chǎn)生的電流經(jīng)過(guò)放大后輸出電信號(hào)。 光電檢測(cè)電路 圖 比較器 LM311 的同相輸入端在沒(méi)有檢測(cè)到反射回來(lái)的紅時(shí)固定在高電平，而反向輸入端的電壓由電阻分壓提供。 LM311 比較同相端和反向端的輸入電壓。當(dāng)有來(lái)