【正文】 使得數(shù)據(jù)采集誤差加大，導(dǎo)致控制狀態(tài)失靈，導(dǎo)致程序運(yùn)行失常；三是系統(tǒng)干擾，電磁信號(hào)通過(guò)供電通道進(jìn)入系統(tǒng)或系統(tǒng)本身產(chǎn)生干擾 [13]。一個(gè)系統(tǒng)的正確與否,不僅取決于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法，同時(shí)還取決于系統(tǒng)的抗干擾措施。經(jīng)過(guò)差分之后的信號(hào)傳到光耦6N137，經(jīng)過(guò)信號(hào)的隔離，傳到 LM629的A 與B端口。線(xiàn)驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用IC（DS26LS32）用于編碼器輸出電路。原理圖見(jiàn)圖 30。 圖28 保護(hù)電路原理圖 Schematics of protection 圖29 欠壓保護(hù)流程 圖30過(guò)流保護(hù)流程 Flow Chart of undervoltage protection Flow Chart of overcurrent protection32 信號(hào)隔離部分部分電路設(shè)計(jì)為了防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元對(duì)數(shù)字控制單元的干擾，必須在兩者之間加隔離電路來(lái)防止干擾的產(chǎn)生。 欠壓保護(hù)流程，如圖16所示，不會(huì)提示欠壓，單片機(jī)通過(guò)AD采樣到電壓欠壓了，這時(shí)也會(huì)能過(guò)LED 的閃爍來(lái)提示電源已經(jīng)欠壓。 圖27 復(fù)位原理圖 Schematics of reset 過(guò)流保護(hù)與欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì) 圖22中的MOTOR_ADC和POWER_ADC網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)分別為驅(qū)動(dòng)模塊的過(guò)流保護(hù)的AD采樣端口和電源電壓監(jiān)測(cè)采樣端口，由于A(yíng)D采樣的電壓范圍在05V，而31MOTOR_ADC的電壓可能會(huì)超過(guò)5V，而電源的電壓為24V ，已經(jīng)超過(guò)了范圍，所以用設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電路， 330歐姆電阻組成的電路就是起到了穩(wěn)壓來(lái)保護(hù)單片機(jī)IO口的作用。引腳 RESET 上的低電平持續(xù)時(shí)間大于最小脈沖寬度時(shí) MCU 復(fù)位。當(dāng)某個(gè)按鍵的代30表變量的值達(dá)到程序設(shè)定的額定值時(shí)則觸發(fā)按鍵標(biāo)志變量置 1。故無(wú)法實(shí)現(xiàn)多按鍵同時(shí)觸發(fā)。而干擾引起按鍵的誤觸發(fā)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定有很大的影響，因此需要濾波算法進(jìn)行補(bǔ)充 [7]。但因手動(dòng)機(jī)器人性能要求，該模塊必須具有多按鍵同時(shí)觸發(fā)以及抗干擾的性能。綜合以上三種方案，方案一配合性能雖然比較好，但考慮到手動(dòng)機(jī)器人的穩(wěn)定性也極為重要，故選擇方案三。方案三：采用電機(jī)控制棘輪的打開(kāi)，彈簧控制棘輪的關(guān)閉。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間需要控制并且電機(jī)控制棘輪關(guān)閉的行程與時(shí)間需非常精確否則電機(jī)極易損壞。方案二：采用電機(jī)控制棘輪的打開(kāi)和關(guān)閉。由于氣缸行程固定，只要選取合適行程的氣缸29加以控制就能保證棘輪完全打開(kāi)。方案一：采用氣動(dòng)裝置控制棘輪機(jī)構(gòu)的打開(kāi)和關(guān)閉。由于方案三在滿(mǎn)足剎車(chē)模塊性能要求的同時(shí)又對(duì)電機(jī)的損耗最小，故選擇方案三 升降系統(tǒng)及棘輪模塊由于手動(dòng)機(jī)器人需承擔(dān)搬運(yùn)具有一定重量的收集機(jī)器人的任務(wù)，故采用棘輪模塊能大大降低升降電機(jī)的負(fù)載，所以需要棘輪電機(jī)與升降電機(jī)有優(yōu)秀的配合性能。電機(jī)立刻處于無(wú)力矩的狀態(tài)。連接到 STM32 中央處理單元。有響應(yīng)及時(shí)，能及時(shí)鎖死電機(jī)精確控制機(jī)器人的位置，但對(duì)電機(jī)損耗大。連接到 STM32 中央處理單元。具有響應(yīng)及時(shí)，對(duì)電機(jī)損耗低的優(yōu)點(diǎn)，但斷電后機(jī)器人有慣性，而直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已斷電無(wú)法通過(guò) PID 調(diào)節(jié)并鎖死電機(jī)位置，故無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)器人精確定位的要求。剎車(chē)模塊連接到機(jī)器人總供電電路。對(duì)此我們提出以下三種方案。 剎車(chē)模塊電子剎車(chē)模塊是手動(dòng)機(jī)器人底盤(pán)控制系統(tǒng)的一個(gè)必要模塊。綜上考慮，可以直接將電子方向盤(pán)輸出的高精度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出底盤(pán)電機(jī)的 PWM 脈寬 [5]，然后輸入到直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。首先，我們的直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊采用 Maxon 直流電機(jī)配合 PID 算法控制的伺服器已經(jīng)滿(mǎn)足電子差速器的需求。 電子差速器模塊電子差速器模塊的論證:電子差速器根據(jù)電子方向盤(pán)的輸出數(shù)據(jù)對(duì)底盤(pán)電機(jī)進(jìn)行差速控制。同時(shí)高精度編碼器本身精度高而且可以準(zhǔn)確計(jì)算出方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而可以更精確的控制方向。 方案二：采用高精度編碼器，方向盤(pán)和油門(mén)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器輸出 PWM信號(hào)由 STM32 硬件增量正交編碼器功能進(jìn)行處理得到編碼器轉(zhuǎn)到的數(shù)值故而可以計(jì)算出角度。具有響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高、程序簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但電位器精度普遍不高并且加上 AD 也有一定誤差。方向盤(pán)和油門(mén)帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)。 電子方向盤(pán)及電子油門(mén)模塊的論證和選擇：電子方向盤(pán)及電子油門(mén)模塊是底盤(pán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，按照設(shè)計(jì)要求，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)手動(dòng)機(jī)器人的高精度控制以及高靈敏度控制。其他電機(jī)按此列計(jì)算得到升降電機(jī)和棘輪電機(jī)分別采用 RE3RE25。 ???勻取驅(qū)動(dòng)力安全系數(shù) 1??39。 （電路中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)POWER_ADC是給單片機(jī)進(jìn)行電源的欠壓監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)25的。在24V輸出端看可以考慮接熱敏電阻防止浪涌電流。雖然是招安照固定電壓值來(lái)設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷螅湍塬@得各種不同的電壓和電流。每種類(lèi)型由于內(nèi)部電流的限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。本設(shè)計(jì)采用 LD1117 其此穩(wěn)壓源輸入最高電壓 16v 可以由 12V 供電端提供，并且輸出電壓精度可控制在 1%的范圍內(nèi)，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。由表 9 我們可以選擇利用 MC7812 將電池供電電壓 24V 穩(wěn)壓到 12V 提供 12V 供電；再分別用 2 個(gè) MC7805 將 12V 電壓穩(wěn)壓至 5V 提供兩路 5V 供電。本設(shè)計(jì)需要提供以上 4 種電壓并且，考慮到信號(hào)要隔離，所以要分別設(shè)計(jì) 2 個(gè) 5V 供電端口。本系統(tǒng)直流電機(jī)的額定電壓為 12V。本采用單極性可逆驅(qū)動(dòng)方式 [3]。雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè) PWM 周期里，電動(dòng)機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。過(guò)熱信號(hào)還可通過(guò)引腳 9 輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到 145 度時(shí)引腳 9 有輸出信號(hào)，圖 11 為單極性驅(qū)動(dòng)方式下理想波形圖。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過(guò)電流閾值為 10A，當(dāng)超過(guò)該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。引腳 10 接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳 10；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳 10 到引腳 2。通過(guò)充電泵電路為上橋臂的 2 個(gè)開(kāi)關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個(gè) 300kHz 左右的工作23頻率。芯片結(jié)溫達(dá) 145℃時(shí)，該端變?yōu)榈碗娖剑唤Y(jié)溫達(dá) 170℃時(shí)，芯片關(guān)斷。7 電源正端與負(fù)端8 電流取樣輸出端 提供電流取樣信號(hào)，典型值為 377 μA/A。5 PWM 信號(hào)輸入端PWM 信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電流方向的關(guān)系見(jiàn)表 1。3 腳為邏輯高電平時(shí)，H 橋中 2個(gè)高端晶體管導(dǎo)通；3 腳呈邏輯低電平時(shí)，H 橋中 2 個(gè)低端晶體管導(dǎo)通。通過(guò)該端將馬達(dá)繞組短路而使其剎車(chē)。該腳控制輸出 1 與輸出 2（腳 10）之間電流的方向，從而控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的方向。LMD18200 外形結(jié)構(gòu)如圖 10 所示，電路框圖如圖 10 所示。同一芯片上集成有 CMOS 控制電路和 DMOS功率器件，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系22統(tǒng) [2]。（10） 有 5 個(gè)復(fù)位源 ATmega32L 最小系統(tǒng)如圖11是單片機(jī)控制部分電路模塊，atmega32L單片機(jī)、電源、復(fù)位電路、JATG接口便構(gòu)成了一個(gè)最小的系統(tǒng)。（8） 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)，片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的 RC 振蕩器，片內(nèi)/片外中斷源。（4） JTAG 接口( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容)（5） 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能，支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能，通過(guò) JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。 微處理器（2） 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) 131 條指令 ，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期，32 個(gè) 8 位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 工作于 16 MHz 時(shí)性能高達(dá) 16 MIPS 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器。本設(shè)計(jì)亦采用 AVR 系列單片機(jī) ATmega32L 作為模塊處理器 [1]。 LM629 有 22 條指令，單片機(jī)只要通過(guò)這些指令（表 7）可以對(duì) LM629 進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)傳送和了解狀態(tài)信息。例如當(dāng)位置超差的時(shí)候，LM629 的 HI 端口便會(huì)變?yōu)榈碗娖?，這時(shí)單片機(jī)的外部中斷便可以采樣到中斷的信號(hào)，然后通過(guò)寫(xiě)入 RDSTAT 和 RDSIGS 的指令，然后讀出具體的中斷源，來(lái)停止對(duì)電機(jī)的控制。如表 6。順序?yàn)?KP、K I、K D和積分極限。數(shù)據(jù)的前 2 個(gè)字節(jié)中，低字節(jié)內(nèi)容如表所列；高字節(jié)存放微分采樣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式如表5 所示。 PID 參數(shù)表 5 PID 控制字Table5 Filter Control word Bit Allocation of the LM629位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15積分極限KD KI KP 不用不用不用不用0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 0..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... 0說(shuō)明655361 1 1 1 1 1 0 LM629 內(nèi)部有一個(gè)數(shù)字 PID 控制器，用來(lái)控制閉環(huán)系統(tǒng)。其中加速度和速度都是32位數(shù)據(jù)，它們的低16數(shù)據(jù)都是小數(shù)位。數(shù)據(jù)有前2個(gè)字節(jié)的內(nèi)容如表4所列。 運(yùn)動(dòng)控制字表 4 LM629 運(yùn)動(dòng)控制字 Table4 Trajectory Control Commands of the LM629位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15說(shuō)明相對(duì)位置裝位置相對(duì)速度裝速度相對(duì)加速裝加速度不用不用PWM=0快停慢停速度方式正轉(zhuǎn)不用不用不用軌跡參數(shù)編程時(shí)，以L(fǎng)TRJ命令引導(dǎo)，緊隨其后為兩個(gè)字節(jié)的控制字。 (3)加速度：18 設(shè)A （假設(shè)為每分鐘600轉(zhuǎn)）為需向LM629 寫(xiě)入的目標(biāo)加速度值，單 counts/sample2，故有A=LT期望加速度=2022341341=。 故有V=LT（期望速度/60）=2022341（600/60）=。 (1)采樣周期: T 為采樣時(shí)間= 2048\6000000=341μS。其軌跡曲線(xiàn)如圖16(a)。17圖 14 系統(tǒng)框圖 The system Block Diagram 圖 15 編碼盤(pán)信號(hào) Quadrature Encoder Signals圖 16 運(yùn)行軌跡 Movement track 運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù) 位置控制時(shí)，LM629要求主處理器提供軌跡參數(shù)．速度、速度和位置值，并且這些參數(shù)必須轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)M629所要求的形式。 速度控制方式時(shí)，電動(dòng)機(jī)用規(guī)定的加速度加速到規(guī)定的速度，并一直保持這個(gè)速度，直到新的速度指令執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制方式： 在位置控制方式時(shí)，單片機(jī)送來(lái)加速度、最高轉(zhuǎn)速、最終位置數(shù)據(jù)， LM629 利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算運(yùn)行軌跡如圖 6（a)所示。 A，B 邏輯狀態(tài)每變化一次， LM629 內(nèi)的位置寄存器加(減)1。圖 13 LM629 LM629 LM629 特性（1） 內(nèi)部有 32 bit 的位置、速度和加速度寄存器；（2） l6 bit 可編程數(shù)字 PID 控制器；（3） 可編程微分項(xiàng)采樣時(shí)間間隔；15（4） 8 bit 分辨率的 PWM 輸出；（5） 內(nèi)部梯形速度圖發(fā)生器；（6） 可以進(jìn)行位置和速度控制；（7） 速度、位置和數(shù)字 PID 控制器參數(shù)可以在控制過(guò)程中改變；（8） 實(shí)時(shí)可編程中斷；（9） 可對(duì)增量式光電編碼盤(pán)的輸出進(jìn)行 4 倍頻處理； DC 電氣特性 表 1 LM629 DC 電氣特性 Table1 DC Electricity characteristic of the LM629最小值 典型值 最大值 單位供電 V消耗電流 110 mA輸入邏輯高電平 V輸入邏輯低電平 V輸入電流 10 μs μA輸出邏輯高電平 500 V輸出邏輯低電平 V輸出電流 10 10 μA AC 電氣特性表 2 LM629 AC 電氣特性 Table2 AC Electricity characteristic of the LM629 引腳定義 最小值 典型值 最大值 單位輸入時(shí)鐘 fclk 6 6 8 MHz采樣信號(hào)周期 16\fclk μS駐留時(shí)間 8\fclk V時(shí)鐘脈沖寬度 57 nS時(shí)鐘周期 166 nS復(fù)位脈沖寬度 8\fclk μS16圖 14 LM629 引腳定義圖 Lead feet definition of th