【正文】 RETLW 08HRETLW 04HRETLW 00HEND英文資料翻譯SELECTING THE MOTOR THAT SUITS YOUR APPLICATIONMotion control, in its widest sense, could relate to anything from a welding robot to the hydraulic system in a mobile crane. In the field of Electronic Motion Control, we are primarily concerned with systems falling within a limited power range, typically up to about 10HP (7KW), and requiring precision in one or more aspects. This may involve accurate control of distance or speed, very often both and sometimes other parameters such as torque or acceleration rate. In the case of the two examples given, the welding robot requires precise control of both speed and distance。“三人行，必有我?guī)熝伞保敬卧O(shè)計(jì)中，在老師和同學(xué)們身上學(xué)到很多可貴的東西，我認(rèn)識(shí)到交流的重要性，學(xué)習(xí)更需要交流。首先他給了我很大的自由空間和充分的信任，促使我在倒立擺控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行自己的思考，其次在細(xì)節(jié)上又能循循善導(dǎo)，提出我設(shè)計(jì)的不足和改進(jìn)辦法，使我認(rèn)識(shí)到自己需要提高的地方，對(duì)我以后研究生的學(xué)習(xí)也會(huì)有很大幫助。在他的關(guān)懷與熱心指導(dǎo)下，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。制。完成了底層控制原理圖的設(shè)計(jì)。完成軟件的編寫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的預(yù)期控移動(dòng)機(jī)器人的兩個(gè)重要部分（視覺處理和運(yùn)動(dòng)控制）。從總體上介紹了視覺導(dǎo)航（2） 選擇步進(jìn)電機(jī)為移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通道中斷子程序流程圖，進(jìn)入中斷子程序后，程序首先判斷電機(jī)狀態(tài)字，若現(xiàn)在處于某種設(shè)定狀態(tài)(如上面設(shè)定的啟動(dòng)狀態(tài)等)，則程序會(huì)根據(jù)狀態(tài)字的標(biāo)志位跳轉(zhuǎn)到各個(gè)狀態(tài)的入口，完成該狀態(tài)需要的計(jì)算和設(shè)定，若不是處于某過渡狀態(tài)，則程序直接設(shè)定通道寄存器的值，移動(dòng)機(jī)器人保持當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。下面以啟動(dòng)為例對(duì)該流程予以說明:當(dāng)前處于停機(jī)狀態(tài)，接收命令為啟動(dòng)，命令解釋程序會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行期望，將對(duì)應(yīng)的通道中斷打開，為該通道的數(shù)據(jù)區(qū)成初值，置為狀態(tài)標(biāo)志字的啟動(dòng)位，然后返回。當(dāng)不是增減速指令時(shí)，因期望狀態(tài)都無法一步到達(dá)(如啟動(dòng)、停機(jī)、速度設(shè)置等)，程序會(huì)根據(jù)電機(jī)狀態(tài)標(biāo)志字先判斷當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)，根據(jù)命令區(qū)數(shù)據(jù)生成期望狀態(tài)，對(duì)比兩狀態(tài)差異。中斷子程序首先對(duì)命令存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)有新的指令時(shí)，調(diào)用命令解釋子程序，對(duì)命令存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和處理。通訊中斷子程序在有串口數(shù)據(jù)到來時(shí)被觸發(fā)，對(duì)接受到的指令做初步分析，分類放入指定的命令存儲(chǔ)區(qū)，等待處理。單片機(jī)程序由主程序、中斷子程序和一些功能子程序組成，其中中斷子程序是核心，主要工作都在中斷子程序中完成。其中，為脈沖頻率的增減量，Y為要獲得的脈沖寬度(期望頻率下通道寄存器設(shè)置值的增量)。脈沖頻率寄與通道存器設(shè)定值之間的關(guān)系式為:.其中f為當(dāng)前的脈沖頻率，A為定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率，x為當(dāng)前的脈沖寬度（當(dāng)前頻率下通道寄存器設(shè)定值的增量)?？刂破鞯墓ぷ魇墙邮湛刂浦噶?，并根據(jù)指令改變電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖頻率。這些指令覆蓋了差動(dòng)輪式移動(dòng)系統(tǒng)的所有基本動(dòng)作，通過一系列電機(jī)控制指令的組合就可以靈活地控制機(jī)器人完成它所能夠做到的任何動(dòng)作。:改變一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，完成轉(zhuǎn)彎后作直線運(yùn)動(dòng)。:兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)加速。 控制器的軟件設(shè)計(jì)在歸納了移動(dòng)機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)行為的基礎(chǔ)上，我們定義了如下的電機(jī)的控制指令::兩個(gè)電機(jī)啟動(dòng)。對(duì)本類移動(dòng)機(jī)器人的控制就是通過控制算法求出輪子的步速，通過改變單片機(jī)輸出的脈沖波，完成對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的底層控制。左輪為正轉(zhuǎn)，右輪為正轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)彎時(shí)，從圖可知左輪為正轉(zhuǎn)，右輪為反轉(zhuǎn)。和L0”的命令時(shí)，則移動(dòng)機(jī)器人從X1Y1坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)到X2Y2坐標(biāo)系。則輪子移動(dòng)的距離就是移動(dòng)機(jī)器人與跟蹤物體的距離。當(dāng)L0時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人后退。時(shí)，在直角坐標(biāo)系上，沒有往X軸上有分量，移動(dòng)機(jī)器人則直線運(yùn)動(dòng)。輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為：（41）步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)位： （42）當(dāng)=時(shí)，機(jī)器人不運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)。176。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制脈沖信號(hào)的頻率可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)整；控制脈沖數(shù)可以對(duì)電機(jī)精確定位167。步進(jìn)電機(jī)只是根據(jù)輸入脈沖數(shù)旋轉(zhuǎn)和停止，適合于位置控制，把運(yùn)動(dòng)所必需的脈沖數(shù)，以動(dòng)作所需要的速度輸入給電機(jī)，就能夠正確的控制位置而運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)可以向任意方向旋轉(zhuǎn)和停止，實(shí)現(xiàn)了所謂“位置控制”的動(dòng)作。本設(shè)計(jì)是單片機(jī)控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是依靠有序的步進(jìn)脈沖運(yùn)動(dòng)的，利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)是非常適合的。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序通電換相這一過程稱為脈沖分配。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 步進(jìn)電機(jī)控制原理步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。L298還提供了兩個(gè)負(fù)載電流的反饋引腳:1腳和15腳接地，此時(shí)就可以通過對(duì)1腳或者15腳進(jìn)行A/D采樣，來得到電路中負(fù)載電流，(Vs)和9腳(VSS)兩個(gè)電源引腳，4腳為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端，該電壓需要比9腳輸入電壓大，否則將會(huì)影響芯片的正常工作，而9腳為芯片工作電壓輸入端.。芯片的2腳(OUTI)和14腳(OUT4)，3腳(OUT2)和13腳(OUT3)是驅(qū)動(dòng)器的輸出端。表34 L298功能模塊In1In2運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)0XX停止110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111剎停100停止芯片的6腳(ENA)和1腳(ENA)，用于控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。圖36 L298驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)PIC16F877的引腳連接如表33所示。RB2～RB5分別與L298（1）芯片的INPUT1～I(xiàn)NPUT4相連，RC4～RC7分別與L298(2)芯片的INPUT1～I(xiàn)NPUT4相連，脈沖信號(hào)由此端口進(jìn)入驅(qū)動(dòng)芯片雖然L298總驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)4A，但是每一路的最大驅(qū)動(dòng)電流只有2A，為了使得L298能達(dá)到其最大的驅(qū)動(dòng)電流，設(shè)計(jì)中將L298內(nèi)含的兩路驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)。表32 PIC單片機(jī)振蕩方式選擇F0SC1FOSC0振蕩方式00低功率振蕩LP01標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩XT10高速晶體振蕩HS11阻容振蕩RC（3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器——L298連接部分：L298芯片驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī),L298的4個(gè)輸出端兩兩驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)線圈。圖35 時(shí)鐘電路圖在XT,LP,HS三種方式中，需將一個(gè)晶體或陶瓷振蕩器連接到單片機(jī)的OSC1和OSC2引腳上，以建立振蕩。在中級(jí)PIC單片機(jī)系統(tǒng)中，可以選擇四種不同的振蕩方式，振蕩方式的選擇由CONFIG的F0SC1和F0SC0位的值決定，并在EPROM編程時(shí)寫入，其數(shù)值如表32所示。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的運(yùn)行時(shí)序完全依賴于時(shí)鐘，因此，時(shí)鐘的設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。外部時(shí)鐘電路如圖35所示。MCLR引腳的最大漏電電流約5uA，R1取值應(yīng)小于40kΩ。上圖中，VDD到達(dá)高電平后，通過R1對(duì)C1充電，在此期間，MCLR有較長(zhǎng)的低電平時(shí)間。由于OST的周期是18ms，它是固定不能改變的，因此在VDD到達(dá)高電平后，MCLR到達(dá)高電平的時(shí)間長(zhǎng)短會(huì)影響復(fù)位過程。要實(shí)現(xiàn)正確復(fù)位，必須要求從VDD到達(dá)最高電平后開始計(jì)算。圖34 外部復(fù)位電路圖當(dāng)VDD上電斜率太小或使用低頻振蕩器時(shí)，需要較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間，這時(shí)需要使用外部上電復(fù)位電路，以保證正確復(fù)位。這個(gè)系統(tǒng)選用的時(shí)鐘電路的晶振是4MHZ，復(fù)位電路選用常用的綜合復(fù)位電路。圖33穩(wěn)壓電源電路圖（2）PIC16F877單片機(jī)電路部分單片機(jī)電路部分包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器——L298連接部分。其中電容是穩(wěn)壓和濾波的作用。它的主要芯片是LM7805。 電路圖的設(shè)計(jì)電路圖包含了由穩(wěn)壓電源電路部分、PIC16F877單片機(jī)電路部分和由L298芯片驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)電路部分構(gòu)成的。整個(gè)系統(tǒng)的框架如圖32所示。L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對(duì)四路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。 方案論證與比較方案1：使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī)。167。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。一般地說最大靜力矩大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。（4）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。（2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。VDD（11，32引腳）：正電源端。RE0～RE2（8～10引腳）：RE是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向3線端口。RC0～RC7（15～18，23～26引腳）：RC是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向端口。RA0～RA5（27引腳）：RA是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向5線端口。OSC2（14引腳）：時(shí)鐘振蕩器輸出端，也是晶振連接端。（14）并行從動(dòng)端口PSP模塊：可以用來與其他具有開放總線的單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器或微處理器的并行數(shù)據(jù)連接，進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸和交換。（12）通用同步/異步發(fā)生器USART模塊：用于實(shí)現(xiàn)二線式串行通信，可以定義為兩種工作方式，即全雙工異步方式和半雙工同步方式。（11）捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP1和CCP2模塊：PIC16F877片內(nèi)包含兩個(gè)幾乎完全相同的CCP模塊，與TMR1和TMR2配合可以實(shí)現(xiàn)輸入捕捉、輸出比較和賣出調(diào)制輸出功能。（9）EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：是2568的電可擦寫的存儲(chǔ)器，儲(chǔ)存的內(nèi)容掉電也不會(huì)丟失。（7）定時(shí)器TMR1模塊：是一個(gè)16位寬的可編程的定時(shí)器，也可作為計(jì)數(shù)器使用，并且可以與捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP模塊配合實(shí)現(xiàn)捕捉和比較功能。（5）端口RE模塊：是一個(gè)具有3條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（3）端口RC模塊：是一個(gè)具有8條引腳的輸入/輸出可編程的端口。PIC16F877芯片上集成有：（1）端口RA模塊：是一個(gè)只有6條引腳的輸入/輸出可編程的端口。程序、數(shù)據(jù)以及外部的所有信息都是通過單片機(jī)的I/O端口讀入單片機(jī)的。RAM可以隨機(jī)地被CPU讀寫，斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容消失；ROM種的信息只能讀不能寫。中央處理器是單片機(jī)的核心，它包括運(yùn)算器、控制器和寄存器3個(gè)主要部分。 表31 L298引腳功能定義名稱引腳功能說明Sense A1橋路A電流取樣引腳，取樣電阻接在此引腳和地之間OUT12橋路A的輸出OUT23橋路A的輸出Vs4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓輸入，此引腳接一個(gè)100nf的無感電容到地In 15橋路A的輸入，與TTL電平兼容En A6橋路A的使能輸入，TTL電平，低電平時(shí)禁止橋路A工作In 27橋路A的輸入，與TTL電平兼容GND8地，信號(hào)和功率地一起VSS9邏輯電路電壓輸入，此引腳接一個(gè)100nf的無感電容到地In 310橋路B的輸入，與TTL電平兼容EN B11橋路B的使能輸入，TTL電平，低電平時(shí)禁止橋路B工作IN 412橋路B的輸入，與TTL電平兼容OUT313橋路B的輸出OUT414橋路B的輸出Sense B15橋路B電流取樣引腳，取樣電阻接在此引腳和地之間167。LM298典型應(yīng)用如圖31所示。溫度過高或溫度過低時(shí)，芯片均會(huì)停止工作，防止其損壞。(3)峰值驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)3A，正常工作電流為2A，總驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)4A。其具有以下電氣特性：(1)電源驅(qū)動(dòng)電壓Vs可達(dá)5V～46V，～7V。采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298L298是ST公司生產(chǎn)的一款高電壓、大電流，小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。雖然穩(wěn)壓器按國(guó)定的穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，但外部接少量元件，即可做成可調(diào)穩(wěn)壓器或可調(diào)穩(wěn)流器使用。有5V，6V，9V，12V，