【正文】 在此，我首先要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的同學(xué)們和朋友們，感謝你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。從課題的選擇到項目的最終完成，余老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。劉福利等．直進(jìn)式全驅(qū)管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)的研究[J]．機(jī)器人，1995，17(2)：121122[15] 壬卓軍，張曉華，陳宏均．基于視覺的管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人設(shè)計與實現(xiàn)[J]瑾礎(chǔ)自動化，1997(1)：5355[16] 周立功．ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社2005(4)5661[17] 譚建成，電機(jī)控制專用集成電路[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002(3)5258[18] 王曉明．電動機(jī)的單片機(jī)控制[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2005(3)5262[19] 郭麥芳．帶12c總線接121的LED驅(qū)動SAAl064及其應(yīng)用[J]，國內(nèi)外電子元器件，2000，8(8)：2426[20] 何立民，單片機(jī)高級教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000(3)6873[21] 周忠輝．步迸電機(jī)驅(qū)動的實現(xiàn)方法[J]，儀表技術(shù)與傳感器，2004(11)6162[22] 敬嵐，朱海君，張碩成．步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計及其應(yīng)用[J]．核技術(shù)，2005，28(6)：479482 致謝本研究及學(xué)位論文是在我的指導(dǎo)老師余聯(lián)慶老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。2000,(3):2326[4] 劉大維，彭商賢，龔進(jìn)峰．地下管道檢測移動機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J]．吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，(1)：109112[5] 甘小明，徐濱士，董世運等僧道機(jī)人的發(fā)展現(xiàn)狀[J]機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用，2003,(6)：510[6] K．Taugnehi，N．Kawarazaki．Development of In 參考文獻(xiàn) [1] 劉強(qiáng)，王樹立。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會生活中，管道機(jī)器人都具有廣闊的應(yīng)用前景和實際的應(yīng)用價值。結(jié) 語 管道機(jī)器人屬于特種機(jī)器人的研究范疇，它在管道這個特定的極限環(huán)境中作業(yè)，通常攜帶各種探測儀器和作業(yè)裝置，在操作人員的遙控或者計算機(jī)的自動控制下完成管道的檢測或者維修工作。首先給出了下位機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體方案，在ADSl．2編輯器中，采用匯編語言和C語言相結(jié)合的編程方式，設(shè)計了和硬件相結(jié)合的軟件系統(tǒng)。其開發(fā)流程如圖52。移動式管道機(jī)器人通過CCD攝像機(jī)把管內(nèi)信息經(jīng)過光纖通信系統(tǒng)傳送給上位機(jī)，在上位機(jī)中安裝了視頻采集卡，并利用一個視像處理程序?qū)邮盏降囊曨l圖像進(jìn)行顯示和存儲，同時把下位機(jī)傳來的機(jī)器人行走速度和距離信號疊加在視頻圖像上顯示，以實時地了解機(jī)器人運行狀態(tài)。Visual c++為我們提供了一種好用的AetiveX Microsoft Communications來支持應(yīng)用程序?qū)Υ诘脑L問，在應(yīng)用程序中插入MSComm控件就可以較為方便地實現(xiàn)對通過計算機(jī)串口收發(fā)數(shù)據(jù)，程序員不必去花時間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)，而且在VC、VB、Delphi等語言中均可使用，它為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。* 入口參數(shù)：延遲設(shè)定參數(shù)：無*********************************************************************im main(void){UARTMODE uart0 set；PINSELO_0x00000005； // 設(shè)置I/0連接到UARTOrev_new = 0： // 串口接受新數(shù)據(jù)標(biāo)志ua_rt0_set．Datab = 8 // 8位數(shù)據(jù)位 uart0．_set．stopb=1： // 1位停止位uart0_set．Parity = 0 // 無奇偶校驗UARTO_Ini(115200，uart0 set)；UOFCR=0x81；U01ER=0xol：VICIntSelect=Ox00000000；VICVectCntl0=0x26；最高VICVectAddr0 2(int)IRQ_UART0；while(1){if(1一rcv__new){Distin90；rev_new = 0：}{(三) 上位機(jī)控制軟件設(shè)計上位機(jī)控制軟件要實現(xiàn)的任務(wù)包括控制指令的發(fā)送、電機(jī)轉(zhuǎn)速的接收和顯示、CCD視像信號的顯示和存儲，因此從軟件結(jié)構(gòu)上看主要包括串口通信部分和視像處理部分。以下是有關(guān)串口通信的一部分程序。幀類型說明：(1)握手信號：0xFF：(2)回應(yīng)信號：0xFE；(3)請求重發(fā)信號：0xFD；(4)步進(jìn)電機(jī)l正向旋轉(zhuǎn)：0xEF；(5)步進(jìn)電機(jī)l反向旋轉(zhuǎn)：0xEE；(6)步進(jìn)電機(jī)2正向旋轉(zhuǎn)：0xDF；(7)步進(jìn)電機(jī)2反向旋轉(zhuǎn)：0xDE；(8)伺服電機(jī)正向：0xCF：(9)伺服電機(jī)反向：0xBF；發(fā)送幀計數(shù)接收幀計數(shù)發(fā)送幀計數(shù)接收幀計數(shù)握手信號幀回應(yīng)信號幀上位機(jī)下位機(jī)命令、數(shù)據(jù)幀回應(yīng)信號幀重發(fā)信號幀回應(yīng)信號幀圖51通信協(xié)議下位機(jī)與上位機(jī)的通信采用串口中斷的方式，中斷服務(wù)程序把接收的指令暫存在一個全局?jǐn)?shù)組中，然后判斷接收到的數(shù)據(jù)格式是否正確，如果正確，對接收的指令進(jìn)行譯碼，譯碼采用查詢的方式。當(dāng)下位機(jī)正確接受握手信號后，發(fā)回含有該計數(shù)的回應(yīng)幀。當(dāng)沒有正確接收時，請求發(fā)起方重發(fā)，連續(xù)三次重發(fā)失敗后，放棄通信，并生成錯誤報告。當(dāng)程序沒有正確讀取“幀尾標(biāo)志”時，則要求另一方重發(fā)。(4)校驗和(byte)：由幀類型和數(shù)據(jù)0～數(shù)據(jù)3共5個字節(jié)異或運算后得出，用來校驗數(shù)據(jù)是否正確。(2)幀類型(byte)：“幀類型”用來描述所代表的含義類型：幀類型為1個字節(jié)，可能描述256種不同類型的命令，足以表述任意一個系統(tǒng)命令。表55 幀格式描述：幀頭標(biāo)志(0x02)幀類型數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3校檢和幀尾標(biāo)志（0x03）幀類型 說明：(1)幀頭標(biāo)志(tbyte)：“幀頭標(biāo)志”為數(shù)據(jù)幀的起始標(biāo)志，約定為0x02。(4)PC回應(yīng)幀：當(dāng)PC正確接受MCU數(shù)據(jù)時的回應(yīng)幀。(2)MCU回應(yīng)幀：當(dāng)MCU正確接受時發(fā)送的回應(yīng)幀。(3)如果在傳輸過程中，PC或MCU所接收任何一幀信號出現(xiàn)錯誤，均會向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號的請求，如果連續(xù)三次傳輸失敗則退出通信并向應(yīng)用程序報告。具體如下：(1)在Pc寫數(shù)據(jù)時，遵循“寫命令一等回應(yīng)一報告”，即Pc下達(dá)一寫命令(此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中)，等待單片機(jī)發(fā)來的“已正確接收”的回應(yīng)信號并向應(yīng)用程序報告此命令執(zhí)行完畢。通信協(xié)議設(shè)計，通信協(xié)議的設(shè)計思想是基于“幀傳輸方式”。表54 對應(yīng)關(guān)系幀頭標(biāo)志(0x02)幀類型數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3校檢和幀尾標(biāo)志（0x03）（二）四串口通信程序設(shè)計本文所設(shè)計的移動式管道機(jī)器人上下位之間的通信和視頻信號的傳輸都是采用的光纖，在下位機(jī)端和上位機(jī)端分別放置了光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)，光端機(jī)與單片機(jī)和PC之間都是采用的RS232串口連接，所以下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信就相當(dāng)于RS232的串口通信。我們把捕獲口的電平狀態(tài)稱為換向控制字。LPC2114的定時器0和定時器l是帶有32位預(yù)分頻的32位定時／計數(shù)器，具有多達(dá)四路捕獲通道，當(dāng)輸入信號跳交時可取得定時器的瞬時值，也可以選擇使捕獲事件產(chǎn)生中斷。以下是I2C2顯示程序的主要部分，define SAA _1 0x72 /* 定義器件1地址 */define SAA _2 0x74 /* 定義器件2地址 */，********************************************************************** 名稱：I2C InitO* 功能；I2C初始化，包括初始化其中斷為向量IRQ中斷。(4)控制位：C0=0，靜態(tài)模式，CO=1，動態(tài)模式；C1=0，數(shù)碼l和3空閑，C1=l，數(shù)碼l和3有效；C2=0，數(shù)碼2和4空閑，C2=1，數(shù)碼2和4有效；C3=l，所有的段輸出對于段測試是開放的；C4=l，段輸出電流增加3mA：C5=1，段輸出電流增加6mA：C6=l，段輸出電流增力N12mA。表51 讀模式起始位從地址應(yīng)答標(biāo)志狀態(tài)字節(jié)停止位 S01110AA0 ARP0000000 P表52 寫模式起始位從地址命令字符控制字節(jié)S01110AA000000 SC SB SAX C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0數(shù)字字據(jù)1數(shù)字字據(jù) 2數(shù)字字據(jù)3 數(shù)字字據(jù)4 D1…D10D27…D20D37…D30D47…D40 表53 從地址SCSBSA從地址所在的寄存器0 0000控制寄存器 0 0 1 01數(shù)字寄存器1 0 1 0 02 數(shù)字寄存器2(1)輸入端：通過將ADR連接到VEE、3／8VCC、5／8VCC、VCC可以選擇四種不同的從地址，相應(yīng)的寫有效地址為：70H、72H、74H、76H，相應(yīng)的讀有效地址其他的地址不能被電路識別。根據(jù)通信協(xié)議的匹配來調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)它有一個12C總線從接口，可以編程四位不同的從地址，一個電源復(fù)位標(biāo)志，16個電流輸出端，可以通過軟件控制達(dá)到21mA。SAAl064是一個雙極性集成電路，這個電路可以驅(qū)動四位帶小數(shù)點的七段數(shù)碼管顯示，利用二進(jìn)制數(shù)的組合。使用一個變量把計算出來的轉(zhuǎn)速存儲起來，當(dāng)輸入信號跳交時可取得定時器的瞬時值，也可以選擇使捕獲通過一個數(shù)字轉(zhuǎn)化為字符的程序，把電機(jī)轉(zhuǎn)速的各位轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字字符，存儲在一個字符數(shù)組中，把該數(shù)組送給I2C顯示子程序。將線接收器輸出的A、B兩組信號送入LPC2114，通過軟件可以計算出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。（一）直流電機(jī)控制的軟件設(shè)計在一個工作周期內(nèi)控制系統(tǒng)軟件對直流電機(jī)的控制需要完成六部分工作:，獲得轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過譯碼匹配，設(shè)定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速值；，結(jié)合時鐘脈沖，計算出當(dāng)前時刻的直流電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速；，計算出偏差，對偏差應(yīng)用控制算法，計算出糾正轉(zhuǎn)速偏差的輸出信號；另一方面把實際轉(zhuǎn)速信號送12C顯示程序，顯示當(dāng)前機(jī)器人的速度值；／D轉(zhuǎn)換通道提取反饋的電流值并存儲；(4)中的電流值送比例調(diào)節(jié)器，進(jìn)行電流調(diào)節(jié)；．1一CAPO．2捕獲霍爾傳感器輸出信號的跳變，并在每次跳變時改變PWM輸出序列。上位機(jī)的控制臺程序是WindowsXP操作系統(tǒng)下，使用vc++編寫的，下位機(jī)的程序是在PC機(jī)上，以ADSl．2作為編譯器，采用匯編語言和C語言相結(jié)合進(jìn)行編寫的。上位機(jī)軟件主要負(fù)責(zé)圖像的采集和保存，控制命令的發(fā)送以及反饋速度信號的接收和處理等工作。詳細(xì)介紹了基于LPC2114的無刷直流電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制電路以及外圍的一些電路的具體實現(xiàn)。我們選擇使用一種目前在國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)的光電復(fù)合纜，就是把電力線和信號線做在一起，由于信號在光纖中傳播，它不會受到交流電力線的干擾，保證了傳輸距離和數(shù)據(jù)的可靠性。 圖 47 UARTO RS232 電平轉(zhuǎn)換電路 LPC2114除了可以通過J1IAG接口進(jìn)行調(diào)試下載程序之外，還可以通過UART0進(jìn)行ISP方式下載程序，此時把PC機(jī)的串口和LPC2114的串口相連，為了滿足ISP的硬件條件，要把J10短接，便可以使用UART0進(jìn)行通訊了。圖47為UART0的RS232電平轉(zhuǎn)換電路。