【正文】 調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。此外，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM 控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線(xiàn)性比例。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在 {0V, 5V}這一集合中取值。 9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。 為保證 L298 正常工作， 本次設(shè)計(jì) 加裝二極管 反饋電路 ，如圖 212所示： 圖 212 L298封裝模型 Figure 212 L298 model package 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 18 L298驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)的電路連接圖 如圖 213： 圖 213 L298驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)的電路連接圖 Figure 213 L298 motordriven doubleconnection of the circuit 電機(jī)控制邏輯 見(jiàn) 表 21： Vss=5V 芯片電源電壓， Vs=18V 電機(jī)動(dòng)力電壓 表 21 電機(jī)控制邏輯 Table 21 motor control logic IN1 IN2 IN3 IN4 M1 M2 1 0 1 0 正 反 0 1 0 1 反 反 1 0 0 1 正 反 0 0 0 0 急停 急停 電機(jī)調(diào)速方面采用 PWM 脈沖調(diào)速 [6] 脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。在 6— 46V 的電壓下，可以提供 2A 的額定電流。 L298 驅(qū)動(dòng)芯片是性能優(yōu)越的小型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片之一。 L298可驅(qū)動(dòng) 2個(gè)電機(jī)， OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 2 個(gè)電動(dòng) 機(jī)。是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)。 通過(guò)改變不同的三極管導(dǎo)通狀況，可改變電機(jī)兩端電壓，達(dá)到反轉(zhuǎn)目的。 圖 111 電路為用三極管構(gòu)成的 H橋集成 功放電路基本形式。 考慮到機(jī)器人控制電路需要穩(wěn)定可靠的電源， 本 次 設(shè)計(jì)才用 了 雙電池供電模式，四節(jié) 堿性電池用于控制芯片供電， 二 節(jié) 9V 電池用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電?？梢允箼C(jī)器人的重量減輕，成本降低。 封裝模型如圖 210所示 [5]： 圖 2— 10 穩(wěn)壓芯片 L7805 Figure 210 regulator chip L7805 (2)電源選擇 雖然微處理器和微控制器不需要支持電路，功耗也很低，但必須要加 以考慮。選擇對(duì)應(yīng)的輸入通進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn) 29。 V（ ）：負(fù)參考電壓輸入端， VREF（ ）接地（ GND）。 ADC0809 要求外接時(shí)鐘，其頻 率為 10~128MHz。當(dāng) OE=1 時(shí)，打開(kāi)三態(tài)門(mén)，數(shù)據(jù)線(xiàn)被解鎖，把內(nèi)部轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送往總線(xiàn)上。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束， EOC 由低變高，反相器反相后可作中斷請(qǐng)求信號(hào)。 START 與 ALE可連接在一起通過(guò)程序輸入一個(gè)正脈沖啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換。 ALE：地址鎖存控制信號(hào)。 START：?jiǎn)?dòng)信 號(hào)輸入端。 引腳名稱(chēng)與功能如下： IN0~IN7： 8 路模擬量輸入端。 考慮到這次設(shè)計(jì)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換更需要是速度的要求，我選擇了逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809 芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，此外，與同樣分辨率的雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器比較，它不需要高精度的運(yùn)算放大器，成本比較低的特點(diǎn)。從而來(lái)處理模擬信號(hào) 。 碰撞傳感器線(xiàn)路圖見(jiàn) 圖 1— 5線(xiàn)路圖，其中的電容 C4電阻 R3起到對(duì)碰撞信號(hào)穩(wěn)定延遲的作用，使單片機(jī)能接收到一個(gè)可靠的中斷信號(hào)。由于碰撞開(kāi)關(guān)安裝高度大于球的直徑，不會(huì)造成球碰到碰撞開(kāi)關(guān)而造 成誤操作。輸入到 AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 (3)進(jìn)攻方向判斷傳感器 場(chǎng)地貼有按進(jìn)攻黑白灰度漸變的基板帖紙，由兩個(gè)位于車(chē)底的灰度傳感器進(jìn)行判斷，當(dāng)左右兩個(gè)傳感器值相等時(shí)，認(rèn)為正對(duì)球門(mén)。 該紅外接收器由一只光電三極管構(gòu)成，其電路圖如下： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 13 圖 26 找球電路 原理圖 Figure 26 the ball circuit schematics 當(dāng)光電三極管接收到紅外線(xiàn)信 號(hào)時(shí)，其電阻減小，在管兩端的電壓分壓減小，輸出口電壓上升，輸入到 AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。另外還有專(zhuān)門(mén)的第二功能。 ～ （ 10～ 17 腳）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。負(fù)載能力為 3個(gè) LSTTL 門(mén)。負(fù)載能力為 8 個(gè) LSTTL 門(mén)。該引腳有復(fù)用功能， Vpp 為片內(nèi)程序存貯器編 程時(shí)的編程電壓。 (/EA)/Vpp（ 31腳）： /EA端接高電平時(shí)， CPU 取指令從片內(nèi)程序存貯器自動(dòng)順延至片外程序存貯器。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 11 /PSEN（ 29腳）：片外程序存貯器讀選通信號(hào)端。 ALE 端負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LSTTL 門(mén)。訪(fǎng)問(wèn)片外存貯器時(shí)， ALE 作低八位地址的鎖存控制信號(hào)。該引腳有復(fù)用功能， Vpd為備用電源輸入端，防止主電源掉電。 (3)控制信號(hào) RST/Vpd、 ALE/(/PROG) 、 / PSEN 和 (/EA)/Vpp RST/Vpd（ 9 腳）：復(fù)位端。 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體振蕩器的另一端。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō) 明 [4]： (1)主電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）：主電源接＋ 5V Vss（ 20 腳）：接地 (2)時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體振蕩器的一端。 INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 10 結(jié)構(gòu)的形式 。 時(shí)鐘電路 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容 。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM) 8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM) 8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪(fǎng)問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如 圖 23 所示 ： 圖 23 現(xiàn)代 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)模型 Figure 23 model of the structure of the modern robot 在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況的需要，對(duì)以上模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，得到 如 24 所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ： 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 9 圖 24 足球機(jī)器人模型 Figure 24 soccer robot model 主控部分硬件電路 [3] 主控部分硬件 — 8051 本設(shè)計(jì)選用了 Intel 公司生產(chǎn)的 8051 單片機(jī)作為控制器。對(duì)每個(gè)部分的器件選用，主要功能以及各部分所組合成的總體系統(tǒng)作了分析介紹。 2 個(gè)操舵輪需要同一個(gè)操舵機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向 ， 增加了操舵轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，同時(shí) 為了減少后輪摩擦損焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及硬件電路設(shè)計(jì) 8 耗，配備了差動(dòng)齒輪裝置，增加了機(jī)構(gòu)復(fù)雜性 。其缺點(diǎn)是前后輪不能同時(shí)著地，加速前進(jìn)時(shí)可能出現(xiàn)俯沖。 圖 21 四 輪 典型配置一 Figure 21 allocation of a typical fourwheel 如圖 21 組合為前后輪為萬(wàn)向腳輪，左右兩輪為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪，其自轉(zhuǎn)中心于車(chē)體中心重合，適于在狹窄 場(chǎng)地運(yùn)行。 2． 2 機(jī)器人的車(chē)輪配置和操舵方式 常用的車(chē)輪配置有多種：二輪配置、三輪配置、四輪配置等幾種 二輪配置通常是在自行車(chē)等些簡(jiǎn)單的要求不高的機(jī)械中運(yùn)用，顯然不合適我們的足球機(jī)器人。一個(gè)好的，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件，可以讓整個(gè)系統(tǒng)可以平穩(wěn)的運(yùn)行，并且有高的靈敏性和反應(yīng)速度。若該標(biāo)志位無(wú)信號(hào)反饋，則說(shuō)明機(jī)器人沒(méi)有控球，執(zhí)行找球程序；若該標(biāo)位有信號(hào)反饋，則說(shuō)明已經(jīng)控球，則執(zhí)行進(jìn)攻方向判斷及帶球進(jìn)攻程序。 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 足球機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 4 圖 12 足球機(jī)器人模型 Figure 12 soccer robot model 由圖可知 ，當(dāng)機(jī)器人尋找到球，并把球控制在控球板內(nèi)時(shí)，持球探測(cè)臂上垂直向下的持球傳感器將接收到紅外信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電流變化。而本設(shè)計(jì)這是利用了外形可以自行設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)加裝了一個(gè) “ 持球探測(cè)臂 ” 來(lái)解決算法上找球程序和進(jìn)攻方向判斷程序的銜接的問(wèn)題。然而筆者查閱過(guò)一些相關(guān)資料，一直沒(méi)有找令人滿(mǎn)意的算法解決方案。如果單獨(dú)執(zhí)行找球程序，讓機(jī)器人跟隨球的方向前進(jìn)，很有可能把球撞入己方球門(mén)；如果單獨(dú)執(zhí)行方向判斷程序，機(jī)器人則無(wú)法知道當(dāng)前球的位置，有可能在沒(méi)有控球的情況下沖向?qū)Ψ角蜷T(mén)而造成無(wú)效的進(jìn)攻。 對(duì)比賽過(guò)程的規(guī)則進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，比賽的進(jìn)行與真實(shí)的足球比賽的思維過(guò)程是一致的，機(jī)器人需要完成下述動(dòng)作循環(huán) （如圖 11）。 紅外元件所接收的信號(hào)，根據(jù)情況的需要，要進(jìn)行模擬 數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，因此需要 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ， A/D 轉(zhuǎn)換的選擇要根據(jù)所選用的單片機(jī)來(lái)確定。發(fā)光管材料一般為砷化鉀半導(dǎo)體，發(fā)光波長(zhǎng)范圍在 — 1500 nm，小功率的管壓降 — ，平均工作電焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 足球機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 3 流 20— 50mA，紅外發(fā)管有指向角，光軸，波長(zhǎng)，輝度等性能指標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一功能，則要用到紅外光電反射式傳感器。它們可以將接收到的光 變化轉(zhuǎn)變的電流變化 [2]。紅外線(xiàn)波長(zhǎng)介于可見(jiàn)光和無(wú)線(xiàn)電波之間，大約 — 1000nm，而光電傳感器其所用到的波長(zhǎng)選擇在近紅外區(qū)，即 — 1000nm。 通過(guò)對(duì)比賽規(guī)則的解讀可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于球和場(chǎng)地基板的設(shè)計(jì)是該項(xiàng)比賽中最具特色內(nèi)容，它對(duì)機(jī)器人的核心設(shè)計(jì) ― 傳感器以及比賽的方式產(chǎn)生了決定性的影響。對(duì)于需要靈活機(jī)動(dòng)，精度要求不高，有可擴(kuò)展性及程序可擦寫(xiě)和簡(jiǎn)單成熟的編程平臺(tái)等要求，單片機(jī)不失為最合適的選擇。因此選用單片機(jī)為核心的控制器件，小型直流電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可以達(dá)到比賽的要求。 在機(jī)器人足球比賽中，場(chǎng)地為室內(nèi)光滑平整地面，非常適合車(chē)輪運(yùn)動(dòng)，因此本設(shè)計(jì)選用車(chē)輪式運(yùn)動(dòng)方式。車(chē)輪式移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：能高速穩(wěn)定的移動(dòng)，能量利用效率高，機(jī)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單，而且技術(shù)比較成熟。因此，履帶式廣泛用在各類(lèi)建筑機(jī)械及軍用車(chē)輛上。它是將環(huán)狀循環(huán)軌道履帶卷繞在若干滾輪外，使車(chē)輪不直接與地面接觸。正因如此，步行移動(dòng)方式在機(jī)構(gòu)和控制上是最復(fù)雜的，技術(shù)上也還不成熟，不適于在要求靈活和可靠性高的比賽中。 機(jī)器人在地面上移動(dòng)的方式通常有三種：車(chē)輪式、履帶式和步行式。采取了 雙層 PCB 板結(jié)構(gòu)，各 部件 通過(guò) 屏